Поведінка домішок в елементарних напівпровідниках розглянемо на прикладі їх поведінки в германии і кремнії Нагадаємо, що головним чином це поведінка визначається положенням домішок у періодичних

Рис 318 Температурні залежності концентрації електронів n у вихідному германии і дірок p в Ge (Zn) Ei  – Енергія іонізації залишкових донорів E1 і E2 – енергії іонізації першого і другого акцепторних рівнів цинку, відповідно На вставці – енергетичні діаграми Ge (Zn) з робочому рівнем A1 (ліворуч) і Ge (Zn) з робочому рівнем A2 , NZn < Nd  < 2NZn (праворуч)

ственний хід температурних залежностей концентрації електронів в початковому зразку (N ∗ = Nd0 − Na0) і концентрації дірок в тому ж зразку після легування його цинком

при виконанні умови NZn         N * На відміну від кривої n(T ) (Крива 1 на рис 318),

містить лише одне широке плато в області повної іонізації дрібних домішкових

центрів і область їх неповної іонізації з Ei ~ = 001 еВ, де Ei – Енергія активації

домішки, крива p(T ) (Крива 2 на рис 318) в легованому зразку містить два плато

і область неповної іонізації домішкових центрів з енергією активації E1 = 003 еВ

Співвідношення p2 /p1 ~ = 2 дозволяє вважати, що, по-перше, обидва плато обумовлені однієї

домішкою, а, по-друге, обидва рівня – акцепторні Справді, оскільки NZn       N ∗ ,

то рівень A1 скомпенсований дуже слабо, а рівень A2 – зовсім скомпенсований У таких станах тільки акцепторні рівні можуть дати вказане вище співвідношення

p2/p1, причому ясно, що p1 ∼= NZn, а p2 ∼= 2NZn 

Якщо легування проводиться з метою виділення в якості «робочого рівня» A1, то Zn і задана компенсирующая донорная домішка (наприклад, сурма) вводиться в співвідношенні N ∗ < Nd  < NZn Практично обидві ці домішки вводяться в розплав одночасно

з урахуванням їх коефіцієнтів поділу З p(T ) (Крива 2 на рис 318) визначаються концентрації основної та компенсує домішок, а також ступінь компенсації робочого рівня:

p1 = NZn − Nd   p2 = 2NZn − Nd   NZn ∼= p2 − p1

Nd = NZn = p2 − 2p1   Nd /NZn = (p2 − 2p1)/(p2 − p1)

(37)

Отримання кристалів германію з частково компенсованим рівнем A1 необхідно для виготовлення детекторів ІЧ-випромінювання з червоним кордоном чутливості kν ≥

003 еВ (λ ≤ 30 мкм) Область робочих температур таких приладів T ≤ 50 К

Важливою особливістю дворівневої системи, що дає в температурної залежності концентрації носіїв два плато, є можливість визначення концентрацій основний і компенсує домішки без використання області неповної іонізації домішки Тоді, розташовуючи залежністю p(1/T ) В області часткової іонізації домішки і знайденої з неї енергією активації рівня A1, можна знайти фактор виродження рівня A1 Такі вимірювання були проведені в p-Германии, легованому ртуттю, а також золотом

Отримані значення ~ = 2 показали, що виродження донорного і першого акцепторного

рівня ртуті відображає спінове виродження валентної зони

Для визначення хол-фактора rx , Що звязує постійну Холла RH  з концентрацією носіїв співвідношенням n(p) = rx /eRH , Необхідно вимір залежності постійної Холла від магнітного поля Відомо, що в «слабкому» магнітному полі B, Коли виконується умова μ2 B2 +1, хол-фактор визначається типом розсіювання носіїв заряду в решітці [6] В області сильних полів, які відповідають умові μ2B2 +1, хол-фактор rx = 1 Таким чином, вимірювання RH (B) У зазначеній галузі магнітних полів дають можливість і вимірюванняrx (B), І використання правильних значеньrx  при вимірах в заданому магнітному полі Вимірювання RH (B) Необхідні і у випадках прецизійних визначень домішкових параметрів, і в тих випадках, коли мова йде про дослідження неоднорідних кристалів – в останньому випадку хол-фактори можуть бути спотворені неоднорідністю

Джерело: І А Случинський, Основи матеріалознавства і технології напівпровідників, Москва – 2002