CC BY
9Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences Scientific Journal Impact Factor Advanced Sciences Index Factor
О
R
VOLUME 2 | ISSUE 10 ISSN 2181-1784 SJIF 2022: 5.947 ASI Factor = 1.7
МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА С ЗАРЯЖЕННОЙ ГРАНИЦА КРИСТАЛЛИТОВ В ПОЛИКРИСТАЛЛАХ МЕТОДОМ ИЗУЧЕНИЯ ПОПЕРЕЧНОГО ЭФФЕКТА НЕРНСТА-
ЭТТИНГСГАУЗЕНА
М. Камолова
Ферганские государственные университет muhabbatxonkamolova@gmail.com
АННОТАЦИЯ
В работе приведены механизм взаимодействия носителей заряда с заряженной граница кристаллитов в поликристаллах методом изучения поперечного эффекта нернста-эттингсгаузена. Исследование поперечного эффекта Нернста-Эттингсгаузена является мощным инструментом при определении механизмов рассеяния в полупроводниках и их зонных параметров.
Ключевые слова: полупроводник, площадь, инверси, поликристалл, концентрация, электрон, сопротивления, рассеяния, температура, подложки, кристаллит.
The paper presents the mechanism of interaction of charge carriers with a charged crystallite boundary in polycrystals by studying the transverse Nernst-Ettingshausen effect. The study of the transverse Nernst-Ettingshausen effect is a powerful tool in determining the scattering mechanisms in semiconductors and their band parameters.
Keywords: semiconductor, area, inversion, polycrystal, concentration, electron, resistance, scattering, temperature, substrates, crystallite.
ВВЕДЕНИЕ
Исследование поперечного эффекта Нернста-Эттингсгаузена является мощным инструментом при определении механизмов рассеяния в полупроводниках и их зонных параметров.
При одновременном изучении поперечного и продольного (термоэдс в сильном магнитном поле) эффекта Нернста-Эттингсгаузена, термоэдс и эффекта Холла с хорошей точностью можно разделить вклады различных механизмов рассеяния и установить температурную и энергетическую зависимости эффективной массы плотности состояний в зонах[1,2,3]. Кроме того часто эффект позволяет идентифицировать влияние граница кристаллитов в поликристаллах на перенос носителей заряда[4].
ABSTRACT
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences Scientific Journal Impact Factor Advanced Sciences Index Factor
О
R
VOLUME 2 | ISSUE 10 ISSN 2181-1784 SJIF 2022: 5.947 ASI Factor = 1.7
Объекта иследования использовались пленки РЬТе, легированные висмутом, обеспечивающего изменение концентрации электронов в широком диапазоне от 1018 до 2-1020см"3. Легирование пленок производили введением шихту РЬТе квазистехиометрического состава соединения ЫТе в различном количестве. Шихту конденсировали на подложки из слюды(мусковит) и полиимидной ленты ПМ-2 по технологии. Пленки имели блочную или поликристаллическую структуру. Особенности получения таких пленок подробно описаны в[5].
ОБСУЖДЕНИЕ
При не очень больших концентрациях электронов параметр Qe/к (О-коэффициент поперечного эффекта Нернста-Эттингсгаузена) имеет положительный знак, соответствующий рассеянию носителей заряда на акустических фононах, и с ростом концентрации электронов, измеренная посредством эффекта Холла, монотонно убывает. Когда концентрация электронов достигает п>(3-4)-1019см-3 О инвертирует знак, что свидетельствует о смене механизма рассеяния - доминирующим становится рассеяния на ионизированных примесях. В области очень сильного легирования (п>1020см-3) О вновь инвертирует знак с отрицательного на положительный. Экспериментальная зависимость поперечного эффекта Нернста-Эттингесгаузена графически отображена на рис.1. Там же переведена зависимость эффекта от количества легирующей примеси для случая, когда примесью случил атомарный. В этом случае повторной инверсии знака Q не наблюдалось. Это объясняется тем, что при легировании РЬТе соединением ЫТе и атомарным Ы конфигурация распределения примеси в РЬТе различно, что связано с амфотерным действием примеси Bi в РЬТе. Здесь уместно отметить, что смена знака О также наблюдалась в пленках РЬТе при глубоком легировании примесью иода [8-10]. Однако в таких пленках двойной инверсии знака Q не наблюдалось.
Что касается температурных зависимостей О, то они претерпевают заметные изменения с ростом п. Если до инверсии знака О dQ/dT<0, то после инверсии dQ/dT > 0.
Для обсуждения полученных результатов отметим, что в массивных образцах РЬТе<ЫТе> и РЬТе<1> инверсии знака О не наблюдается [9]. Сравнивая амплитуды О до инверсии в массивных и пленочных образцах, можно наблюдать, что в пленках она существенно ниже.
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences Scientific Journal Impact Factor Advanced Sciences Index Factor
о
R
VOLUME 2 | ISSUE 10 ISSN 2181-1784 SJIF 2022: 5.947 ASI Factor = 1.7
РЕЗУЛЬТАТЫ
Объяснить полученные экспериментальные закономерности можно на основе представлений об электронной структуре граница кристаллитов в пленках, развитых в [2,3,4]. Согласно им, на Г3 в пленках локализованы акцепторные поверхностные состояния (ПС), энергетический уровень которых расположен в запрещенной зоне. Когда уровень Ферми удовлетворяет условию Еб>Е^ ПС заполняются электронами и, если концентрация ПС велика, заполнение происходит до «завязывания» уровня ПС с уровнем Ферми (с точностью до кТ ). На граница кристаллитов возникает потенциальный барьер, при этом перенос электронов через него становится функцией прозрачности барьера. Если принять аддитивность вкладов носителей заряда в явления переноса в квазинейтральной области кристаллита и в области потенциального барьера граница кристаллитов, то очевидно, что в разных областях кристаллита кинетические коэффициенты формируют электроны с разными энергиями.
Из-за того, что электроны в разных областях пленки имеют отличающиеся энергии (в кристаллитах Е3 )и на граница кристаллитов Егк, амплитуда эффекта при фононом механизме рассеяния в пленках будет меньше, чем в объемном монокристалле, что и наблюдается при умеренном легировании пленок. Согласно [12], для рассматриваемого нами случая, чем выше степень легирования пленок, тем большее количество электронов проводимости захватывается на ПС и мощность граница кристаллитов как заряженного рассеивающего центра увеличивается. Наряду с селекцией носителей по энергии заряженная «стенка» граница кристаллитов становится рассеивающим центром. На языке прозрачности потенциального барьера влияние Э(Е) на токоперенос доминирует над рассеянием на фононах. Изменение механизма рассеяния с фононного на рассеяние ионизированными центрами(отрицательно заряженными дислокациями на граница кристаллитов), приводит к инверсии знака Q, как это предсказывает теория [6].
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences Scientific Journal Impact Factor Advanced Sciences Index Factor
VOLUME 2 | ISSUE 10 ISSN 2181-1784 SJIF 2022: 5.947 ASI Factor = 1.7
Рис. 1. Зависимости поперечного эффекта Нернста-Эттингсгаузена в пленках РЬТе от количества легирующей добавки в исходной шихте:
1- РЬТе<Ы>, 2-РЬТе<ЫТе>.
Таким образом, с физической точки зрения взаимодействие носителей заряда с заряженными граница кристаллитов можно рассматривать как рассеяние на коллективных ионизирующих центрах на граница кристаллитов. Что касается повторной инверсии знака эффекта в пленках РЬТе <ЫТе>, здесь уместно следующее объяснение. Несмотря на то, что концентрация ПС на граница кристаллитов достаточно велика, при очень сильном легировании они полностью заполняются и не следуют за уровнем Ферми. При этом электроны, формирующие эффект Нернста-Эттингсгаузена на уровне Ферми перестают «чувствовать» потенциальный барьер, перемещаясь во внешнем поле над ним. Механизм рассеяния вновь становится преимущественно фононным, во второй раз инвентируя знак Q.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Поведение кинетических коэффициентов в сильнолегированных пленках при изменении температуры, а также существенное снижение холловской подвижности с ростом п, по-видимому, связано с включением в процесс рассеяния электрон-электронного взаимодействия. Кроме того, нельзя исключать вклад в явления переноса примесных зон, которые образуются при сильном легировании полупроводников с высокой статической диэлектрической проницаемостью [15].
В работах [14-18] обнаружена сильное влияние состояния поверхности на характеристики исследованной МДП-структуры, позволяющее считат, что
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences Scientific Journal Impact Factor Advanced Sciences Index Factor
о
R
VOLUME 2 | ISSUE 10 ISSN 2181-1784 SJIF 2022: 5.947 ASI Factor = 1.7
значительное число релаксацинных особенностей в полуизолирующих тонких пленок PbZnTe:In определяется поверхностными состояниями.
REFERENCES
1. Гольцман Б.М., Дашевский З. М., Кайданов и др. Пленочные термоэлементы: физика и применение // М.: Наука, 1985. - 236 с.
2. Зайнолобидинова, С. М. (2017). ИДЕНТИФИКАЦИЯ ВКЛАДА ГРАНИЦ ЗЕРЕН В ТОКОПЕРЕНОС В ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНКАХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ. Интеграция наук, (2), 16-17.
3. Atakulov, S. B., Zaynolobidinova, S. M., Nabiev, G. A., Nabiyev, M. B., & Yuldashev, A. A. (2013). Theory of transport phenomena in polycrystalline lead chalcogenide films. Mobility. Nondegenerate statistics. Semiconductors, 47(7), 879-
4. Цидильковский И.М. Термомагнитные явления в полупроводниках. // М.: Физматгиз, 1960. -396 с
5. Атакулов Ш.Б., Отажонов С.М. и др. Термоэлектрическая эффективность пленок теллурида свинца при легировании элементами V группы// Физическая инженерия поверхности, 2009-№ 1-2(7)-С.119-122.
6. Ушаков В.В., Клевков Ю.В. Влияние межзеренных границ раздела на свойства теллурида кадмия, полученного в неравновесных условиях// ФТП, 2003, N11(37)- С.1298-1302
7. Зайнолобидинова, С. М., & Хамракулова, М. (2017). МОДЕЛЬ И ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ВЫСОТЫ БАРЬЕРА НА ГРАНИЦА ЗЕРЕН. In Успехи науки 2017 (pp. 12-15).
8. Atakulov, S. B., Zaynolobidinova, S. M., Otajonov, S. M., & Tukhtamatov, O. A. (2011). The penetrability of potential barrier on grain boundaries in semiconductor polycrystals. Uzbekiston Fizika Zhurnali, 13(5), 334-340.
9. Клевков Ю.В., Колосов С.А., Плотников А.Ф.. Транспорт носителей заряда в отожженных крупно- и мелкозернистых поликристаллах CdTe// ФТП, 2006, N9(40).- С. 1028-1032.
10. Атакулов Ш.Б., Коканбаев И.М. Термические и радиационно-стимулированные процессы в поликристаллических пленках халькогенидов свинца. -Ташкент: // Фан,1992. - 96с.
11. Kamolova, M. M., & Usmonov, I. M. (2022). INVESTIGATION OF PHOTOELECTRIC PROPERTIES OF THIN FILMS BASED ON CDTE. THEORY AND ANALYTICAL ASPECTS OF RECENT RESEARCH, 1(5), 241-244.
883.
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences Scientific Journal Impact Factor Advanced Sciences Index Factor
о
R
VOLUME 2 | ISSUE 10 ISSN 2181-1784 SJIF 2022: 5.947 ASI Factor = 1.7
12. Собиров, М. М. (2021). ИЗМЕРЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА В ЧИСТОЙ АТМОСФЕРЕ.// EDITOR COORDINATOR,, 308.
13. Зайнолобидинова, С. М., & Туйчиева, М. К. (2022). ПОЛИКРИСТАЛЛ СТРУКТУРАЛИ МАТЕРИАЛЛАРДА ЧЕГАРА СОХДЛАРИНИНГ ЭЛЕКТРОНЛАРНИНГ КУЧИРИЛИШИГА ТАЪСИРИ. Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, 2(5), 372-374.
14. Egamberdiyevich, O. K., Malikovna, Z. S., Ugli, X. M. B., & Abdusattor-Ugli, E. E. (2021). Used for effect interpretation abnormal photo voltage. ACADEMICIA: AN INTERNATIONAL MULTIDISCIPLINARY RESEARCH JOURNAL, 77(2), 783786.
15. Атакулов Ш.Б., Набиев М.Б. и др. Особенности легирования пленок, PbTe элементами V группы//Узб. физ. журнал, 2007.-№ 4(9).-С.247-251.
16. Акимов А.Н., Климов А.Э., Самойлов А.М., Шумский В.Н. и др.Конденсированные среди и межфазниые граници: 15(4), 375 (2013).
17. SB Atakulov, AA Yuldashev, SM Zaynolobidinova Influence of scattering by potential barriers of crystallite boundaries on forming kinetic coefficients in semiconductor polycrystals. Nondegenerate statistics// Uzbekiston Fizika Zhurnali 14 (4), 227-233
18. SB Atakulov, SM Zaynolobidinova, GA Nabiev, SM Otajonov On the theory of anomalous photoelectric and photomagnetic effects in semiconductor films// Uzbekiston Fizika Zhurnali 13 (4), 255-260
