Научная статья на тему 'ТЕРМОВОЛЬТАИЧЕСКИЕ СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ САМООРГАНИЗАЦИИ ПРИМЕСЕЙ И ДЕФЕКТОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ ТИПА A IIIB V'

ТЕРМОВОЛЬТАИЧЕСКИЕ СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ САМООРГАНИЗАЦИИ ПРИМЕСЕЙ И ДЕФЕКТОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ ТИПА A IIIB V Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
43
5
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОЛУПРОВОДНИК ТИПА A IIIB V / SEMICONDUCTORS OF A IIIB V TYPE / ПРИМЕСЬ / ВАКАНСИЯ / VACANCY / САМООРГАНИЗАЦИЯ / SELF-ORGANIZATION / МЕЛКИЙ ДОНОР / SHALLOW DONOR / РЕКОМБИНАЦИОННЫЙ ЦЕНТР / RECOMBINATION CENTER / СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЯ / SYNERGETIC CURRENTS AND VOLTAGES / IMPURITY

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Лейдерман Ада Юльевна, Саидов Амин Сафарбаевич, Хашаев Муслим Мусагитович, Рахмонов Уткур Хикматалиевич

В статье исследуется синергетика полупроводников с глубокими примесями и дефектами. Работа основана на ранее развитых теоретических представлениях о возможности развития процессов самоорганизации в n-полупроводниках типа A IIIB V в условиях однородного нагрева. При этом, в результате распада возникающих при выращивании комплексов типа мелкий донор + вакансия, возможно появление периодического распределения вакансий и мелких доноров вдоль образца, что приводит к появлению изотипных потенциальных барьеров п-п +, т.е. к появлению внутреннего электрического поля. Разделение создаваемых нагревом свободных носителей на этих потенциальных барьерах приводит к появлению токов и напряжений, синергетических по своей природе. Приведены результаты исследований полупроводников типа A IIIB V, полученных по методу Чохральского и обладающих n-типом проводимости: GaAs, GaAs, InP, GaSb. Исследования структур с омическими контактами, изготовленных на основе этих материалов, показали, что они обладают рядом достаточно необычных свойств: при однородном нагреве в них появляются токи и напряжения, зависящие от температуры, т.е. пластина n-полупроводника типа A IIIB V при Т > 50÷60 °С ведет себя как генератор тока и (или) напряжения. Такие необычные свойства объясняются распадом под влиянием нагрева имеющихся во всех этих материалах комплексов вида мелкий донор + вакансия, в результате чего под воздействием температуры в процессе самоорганизации возникают периодические распределения концентрации вакансий, эффективно работающих легирующих доноров и рекомбинационных центров вдоль образца, что и служит причиной появления в них токов и напряжений, синергетических по своей природе. Работа может быть полезна при разработке приборов на основе полупроводников типа A IIIB V.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Лейдерман Ада Юльевна, Саидов Амин Сафарбаевич, Хашаев Муслим Мусагитович, Рахмонов Уткур Хикматалиевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Thermovoltaic Synergrtic Effects of Self-Organization of Impurities and Defects in Semiconductors of Type A IIIB V

The paper deals with the synergetic of semiconductors with deep impurities and defects. The work is based on previously developed theoretical concepts of the self-organization processes in и-type semiconductors A IIIB V under uniform heating. The decay arising at the growing the complexes of shallow donor + vacancy causes appearance of periodic distribution of vacancies’ concentration and that of small donors along the sample, that leads to the appearance of potential barriers isotype n-n+, i.e. appearance of internal electric fields. Separation of heat generated free carriers on these potential barriers causes the appearance of currents and voltages, synergistic in nature. The paper demonstrates the research results of the A IIIB V type semiconductors grown up by Chohralsky method and had n-type of conductivity: GaAs, GaAs, InP, GaSb. Research of the structures with simple ohmic contact manufactured from these semiconductors shows that they have some rather unusual properties: at uniform heating in them temperature-depended currents and voltages appear, that is the sample of A IIIB V type n-semiconductors at T > 50÷60 °С works as generator of current and (or) generator of voltage. Such unusual properties are explained by decay of complexes of type shallow donor + vacancy under influence of temperature. As a result at self-organization processes periodical distribution of vacancies and those of effective working donors and recombination centers appear that cause appearance in the samples synergetic currents and voltages. This work can be useful at manufacturing devices based on A IIIB V semiconductors.

Текст научной работы на тему «ТЕРМОВОЛЬТАИЧЕСКИЕ СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ САМООРГАНИЗАЦИИ ПРИМЕСЕЙ И ДЕФЕКТОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ ТИПА A IIIB V»



НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ

UNCONVENTIONAL SOURCES OF RENEWED ENERGY

ТЕРМОГРАДИЕНТНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Статья поступила в редакцию 02.04.15. Ред. рег. № 2218

The article has entered in publishing office 02.04.15. Ed. reg. No. 2218

УДК 53.096; 539.219.3; 53.043

ТЕРМОВОЛЬТАИЧЕСКИЕ СИНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ САМООРГАНИЗАЦИИ ПРИМЕСЕЙ И ДЕФЕКТОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ ТИПА AInBV

А.Ю. Лейдерман, A.C. Саидов, М.М. Хашаев, У.Х. Рахмоное

Физико-технический институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз Республика Узбекистан 100084, г. Ташкент, ул. Бодомзор йули, 2B тел: (+998-71)-235-41-04; e-mail: ley@uzsci.net, amin@uzsci.net, khashaev@mail.ru

doi: 10.15518/isjaee.2015.07.004

Заключение совета рецензентов: 09.04.15 Заключение совета экспертов: 16.04.15 Принято к публикации: 23.04.15

В статье исследуется синергетика полупроводников с глубокими примесями и дефектами. Работа основана на ранее развитых теоретических представлениях о возможности развития процессов самоорганизации в n-полупроводниках типа AinBV в условиях однородного нагрева. При этом, в результате распада возникающих при выфащивании комплексов типа мелкий донор + вакансия, возможно появление периодического распределения вакансий и мелких доноров вдоль образца, что приводит к появлению изотипных потенциальных барьеров n-n+, т.е. к появлению внутреннего электрического поля. Разделение создаваемых нагревом свободных носителей на этих потенциальных барьерах приводит к появлению токов и напряжений, синергетических по своей природе.

Приведены результаты исследований полупроводников типа AIIIBV, полученных по методу Чохральского и обладающих n-типом проводимости: GaAs<Sn>, GaAs<Te>, InP<Te>, GaSb<Te>. Исследования структур с омическими контактами, изготовленных на основе этих материалов, показали, что они обладают рядом достаточно необычных свойств: при однородном нагреве в них появляются токи и напряжения, зависящие от температуры, т.е. пластина n-полупроводника типа AnIBV при Т > 50-^60 °С ведет себя как генератор тока и (или) напряжения. Такие необычные свойства объясняются распадом под влиянием нагрева имеющихся во всех этих материалах комплексов вида мелкий донор + вакансия, в результате чего под воздействием температуры в процессе самоорганизации возникают периодические распределения концентрации вакансий, эффективно работающих легирующих доноров и рекомбинационных центров вдоль образца, что и служит причиной появления в них токов и напряжений, синергетических по своей природе. Работа может быть полезна при разработке приборов на основе полупроводников типа AIIIBV.

Ключевые слова: полупроводник типа A BV синергетические токи и напряжения.

примесь, вакансия, самоорганизация, мелкий донор, рекомбинационный центр,

THERMOVOLTAIC SYNERGETIC EFFECTS OF SELF-ORGANIZATION OF IMPURITIES AND DEFECTS IN SEMICONDUCTORS OF TYPE AmBV

A.Yu. Leyderman, A.S. Saidov, M.M. Khashaev, U.K. Rahmonov

Physical-Technical Institute of Scientific Production Association "Physics-Sun" of the Academy of Sciences of the Uzbekistan Republic 2B Bodomzor juli Str., Tashkent, 100084 Uzbekistan Republic ph.: (+998-71)-235-41-04; e-mail: ley@uzsci.net, amin@uzsci.net, khashaev@mail.ru

Referred 09 April 2015 Received in revised form 16 April 2015 Accepted 23 April 2015

The paper deals with the synergetic of semiconductors with deep impurities and defects. The work is based on previously developed theoretical concepts of the self-organization processes in «-type semiconductors AmBV under uniform heating. The decay arising at the growing the complexes of shallow donor + vacancy causes appearance of periodic distribution of vacancies' concentration and that of small donors along the sample, that leads to the appearance of potential barriers isotype n-n+, i.e. appearance of internal electric fields. Separation of heat generated free carriers on these potential barriers causes the appearance of currents and voltages, synergistic in nature. The paper demonstrates the research results of the AmBV type semiconductors grown up by Chohralsky method and had n-type of conductivity: GaAs<Sn>, GaAs<Te>, InP<Te>, GaSb<Te>. Research of the structures with simple ohmic contact manufactured from these semiconductors shows that they have some rather unusual properties: at uniform heating in them temperature-depended currents and voltages appear, that is the sample of AIIIBV type n-semiconductors at T > 50-K60 °C works as generator of current and (or) generator of voltage. Such unusual properties are explained by decay of complexes of type shallow donor + vacancy under influence of temperature. As a result at self-organization processes periodical distribution of vacancies and those of effective working donors and recombination centers appear that cause appearance in the samples synergetic currents and voltages. This work can be useful at manufacturing devices based on AIIIBV semiconductors.

Keywords: semiconductors of AmBV type, impurity, vacancy, self-organization, shallow donor, recombination center, synergetic currents and voltages.

M, луV.

- G -

'ДО

Лeйдepмaн Ada Юльеет Ada Yu. Leyderman

Сведения об авторе: д-р физ.-мат. наук, профессор, главный научный сотрудник ФТИ НПО «Физика-Солнце» АН РУз; орден «Дустлик».

Область научных интересов: ин-жекционные и фотоэлектрические явления в полупроводниках и полупроводниковых структурах на их основе; взаимодействие примесей и дефектов в полупроводниках; процессы самоорганизации и синергетические явления в полупроводниках с примесями и дефектами.

Публикации: 3 монографии, 3 монографических сборника, более 160 статей и 3 изобретения.

Information about the author: DSc

(physics and mathematics), professor, the Chief Researcher in the Physical-Technical Institute of Scientific Production Association "Physics-Sun" of the Academy of Sciences of the Uzbekistan Republic; she has the order "Dustlik".

Research interests: injection and photoelectric phenomena in semiconductors and in semiconductor structures on their based; interaction of impurities and defects in semiconductors; self-organization processes and synergistic phenomena in semiconductors with impurities and defects.

Publications: 3 monographs, 3 monograph collection and more than 160 articles and 3 inventions.

с о

Caudoe Амин Ca,ap6aeeuч Amin S. Saidov

Сведения об авторе: известный физик в области полупроводниковых материалов, д-р физ.-мат. наук, профессор, лауреат Государственный премии Республики Узбекистан 2007 г.; с 1984 г. по настоящее время работает главным научным сотрудником в ФТИ НПО «Физика-Солнце» Академии Наук Республики Узбекистан.

Область научных интересов: взаимодействие примесей в алмазоподобных полупроводниках и физические основы выращивания кремния, арсенида галлия, алюминия-арсенида галлия, высокоомных, однородных и варизонных твердых растворов 1У1.Х-1УХ, (1У2)1_х(А3В5) (1У2)1.х(А2Б6)х, (1У2)1.х. у(А3В5)х (А2В6)у, а также гетероструктур на их основе.

Публикации: 2 монографии, более 250 статей и 36 изобретений по вопросам растворимости в многокомпонентных растворах и технологии полупроводниковых мате-

Information about the author: famous physicist in the field of semiconductor materials, DSc (physics and mathematics), professor, laureate of State Prize of the Uzbekistan Republic in 2007; he has been working as the Chief Researcher in the Physical-Technical Institute of Scientific Production Association "Physics-Sun" of the Academy of Sciences of the Uzbekistan Republic since 1984.

Research interests: the interaction of impurities in diamond-like semiconductors and physical fundamentals of growing silicon, gallium arsenide, aluminum-gallium arsenide, high-resistivity, homogeneous and various-gap solid solutions of IV1 x-IVx, (IV2)i.x(A3B5) (IV2)i-x(A2B6)x, (IV2)i-x-y(A3B5)x (A2B6)y, as well as heterostructures based on them.

Publications: 2 monographs and more than 250 articles and 36 inventions on the

N

риалов твердых растворов: Si-Ge, Al-GaAs, Ge-GaAs, Si-GaP, Ge-InP, Ge-CdTe, Ge-ZnSe, GaAs-ZnSe, Sn-InSb, Ge-Sn, Si-Sn, а также гомо-, гетероструктур и приборов на их основе; теоретически обоснованы и синтезированы новые классы полупро-водниковых варизонных непрерывных твердых растворов: 1-класс IVi_x IVx: SÍ!.xGex, Si1-x Snx, Gei.x Snx; 2-класс (IV2)i_x(A3B5)x: (Ge2)i_ x(GaAs)x, (Si2)i.x(GaP)x, (Ge2)i_x(InP)x, (Sn2)i_ x(InSb)x, (Si2)i.x(GaSb)x; 3-класс (IV2)i_

x(A2B6)x: (Ge2)0.x)(CdTe)x, (G^ZnSe),,

(Si2)i.x(ZnS)x, (Si2)i.x(CdS)x, (Si2)i.x(ZnSe)x; 4-класс (IV2)i.x.y(A3B5)x(A2B6)y: (Ge2)i.x. y(GaAs)x(ZnSe)y,(ZnSe)i.x.y(Si2)x(GaP)y.

solubility in multicomponent solutions and technology of semiconductor materials of solid solutions: Si-Ge, Al-GaAs, Ge-GaAs, Si-GaP, Ge-InP, Ge-CdTe, Ge-ZnSe, GaAs-ZnSe, Sn-InSb, Ge-Sn, Si-Sn, as well as homo-, hetero and devices based on them. They are theoretically grounded and synthesized a new class of semiconductor variband continuous solid solutions: 1-class IVi-x IVX: Sii_xGex, Si^ Snx, Ge^ Snx; 2-class (IV2)i.x(A3B5)x: (Ge2)i_x(GaAs)x, (Si2)i-x(GaP)x, (Ge2)i.x(InP)x, ^^b^ (Si2)i.x(GaSb)x; 3-class (IV2)i-x(A2B6)x:

(Ge2)(i-x)(CdTe)x, (Ge2)i-x(ZnSe)x, (Si2)i-x(ZnS)x, (Si2)i.x(CdS)x, (Si2)i.x(ZnSe)x; 4-class (IV2)i.x.y(A3B5)x(A2B6)y: (Ge*)i.x. y(GaAs)x(ZnSe)y,(ZnSe)i_x.y(Si2)x(GaP)y.

Xa2aee MyrnuM Myca6umoeuч Muslim M. Khashaev

Сведения об авторе: докторант Физико-технического института НПО "Физика-Солнце" АН РУз.

Область научных интересов: фото- и термоэлектрические эффекты в полупроводниках и полупроводниковый структурах; процессы самоорганизации и синергетиче-ские явления в полупроводниках с примесями и дефектами.

Публикации: 9.

Information about the author:

postgraduate of the Physical-Technical Institute of Scientific Production Association "Physics-Sun" of the Academy of Sciences of the Uzbekistan Republic.

Research interests: the photo- and thermoelectric effects in semiconductors and semiconductor structures, self-organization processes and synergistic phenomena in semiconductors with impurities and defects.

Publications: 9.

M, - G -'м1

с о

PaxMOHO! Уткур Xuкмamaлueвuч Utkur K. Rahmonov

Сведения об авторе: ведущий инженер лаборатории «Роста кристаллов» ФТИ НПО АН РУз.

Образование: аспирантура Физико-технического института НПО "Физика-Солнце" АН РУз.

Область научных интересов:

фотоэлектрические и инжекционные явления в полупроводниках и полупроводниковых структурах; взаимодействие примесей и дефектов.

Публикации: 10.

Information about the author: leader engineer of the laboratory "Growth of Crystals" of the Physical-Technical Institute of Scientific Production Association "Physics-Sun" of the Academy of Sciences of the Uzbekistan Republic.

Education: postgraduate of the Physical-Technical institute of Scientific Production Association "Physics-Sun" of the Academy of Sciences of the Uzbekistan Republic.

Research interests: the photoelectric effect in semiconductors and semiconductor structures, the interaction of impurities in diamond-like semiconductors.

Publications: 10.

<0 N

Введение

В последнее десятилетие появился целый ряд работ, посвященных исследованию достаточно необычных свойств полупроводниковых материалов, связанных с их реакцией на нагревание. В отличие от общеизвестных классических эффектов типа Пель-тье, Зеебека и т.п., обусловленных перепадом температур на концах материала, в этих работах речь идет о воздействии однородного нагрева на однородный полупроводник (без всяких потенциальных барьеров типа /»-«-перехода, п-п+-перехода или выпрямляющего контакта металл-полупроводник). К этим работам в первую очередь следует отнести большую группу работ Каминского В.В. и др. (напр. [1-3]), посвященных исследованию сульфида самария. В этих работах экспериментально наблюдалось напряжение, возникающее при однородном нагревании однородного образца. Далее следует назвать работы, посвященные необычным свойствам поликристаллического кремния, полученного переплавкой металлургического кремния марки КР3 на открытом воздухе в солнечной печи [4-6]. В этих работах однородный образец, изготовленный из такого материала, с простыми омическими контактами под влиянием однородного нагрева становился генератором тока и напряжения. Первоначальное впечатление было таким, что этот материал становится подобным электрету, однако у электретов появляется только ток, а здесь возникают и токи, и напряжения. Кроме того, в электретах воздействия только температуры недостаточно, нужно еще электрическое поле. Впоследствии было предложено объяснение, основывающееся на экспериментально установленном факте периодического (или квазипериодического) распределения концентрации многочисленных примесей, появляющегося в материале в результате процессов самоорганизации (саморегулирования), происходящих под воздействием температуры. Идея состоит в том, что эти примеси при таком распределении создают в материале внутренние потенциальные изотипные барьеры типа п-п+, на которых происходит разделение свободных носителей, создаваемых теплом.

Данная работа продолжает поиск полупроводниковых материалов, в которых могут наблюдаться достаточно необычные эффекты, обусловленные процессами самоорганизации. В данной работе исследуются полупроводники типа АшВУ, выращенные по методу Чохральского и обладающие п-типом проводимости. Мы остановили свой выбор на этой группе материалов по следующей причине. Только в

этой группе при комнатной температуре полностью отсутствуют вакансии, в то время как в таких же материалах с /-типом проводимости они присутствуют, что подтверждается исследованиями ЭПР [7, 8]. По мнению авторов [8], в материале п-типа, выращенном по методу Чохральского, все вакансии в процессе выращивания объединяются с мелкой легирующей примесью, образуя комплексы типа мелкий донор + вакансия. Цель данной работы - исследовать эти материалы в условиях однородного нагрева.

Исследуемый материал и методика эксперимента

Исследовались четыре полупроводниковых материала типа АшВУ, выращенные по методу Чохральского и обладающие п-типом проводимости: ваАБ<8п>, ваАБ<Те>, 1пР<Те>, Оа8Ъ<Те>.

Образцы арсенида галлия ваАБ п-типа проводимости, легированного оловом 8п, с исходной концентрацией электронов пп = 1,1 ^ 3,4 -1017 см-3 были толщиной 350±20 мкм с площадью поперечного сечения 30 мм2.

Образцы галлий стибиума ва8Ъ п-типа проводимости, легированного теллуром Те, с исходной концентрацией пп = 2 -1017 см-3 были толщиной 530 мкм

с площадью поперечного сечения 63 мм2.

Образцы фосфида индия 1пР п-типа проводимости, легированного теллуром Те, с исходной концентрацией электронов пп = 7,0Т017^1,4Т018 см-3 были толщиной 695 мкм с площадью поперечного сечения 34 мм2.

Образцы арсенида галлия ваАБ п-типа проводимости, легированного теллуром Те, с исходной концентрацией электронов пп = 3 1018 см-3 были толщиной 480 мкм с площадью поперечного сечения 91 мм2.

Ко всем четырем образцам были приделаны простые омические контакты (с одной стороны образцов - сплошной контакт, а с другой - в виде полоски), созданные методом вакуумного напыления при давлении Р = 10-4 Па и Т = 400 °С. Для образцов ваАБ<8п>, ваАБ<Те>, ва8Ъ<Те> контакты были выполнены из серебра, для 1пР<Те> - из алюминия. Таким образом, из всех четырех материалов (ваАБ<8п>, ваАБ<Те>, 1пР<Те>, ва8Ъ<Те>) были изготовлены однотипные образцы с простыми омическими контактами. Далее эти однородные образцы подвергались однородному нагреву. Схема полученных структур и проводимых измерений показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема изучаемой п-Д|иБу-структуры с омическими контактами: 1 - полупроводник типа AMIBV с п-типом проводимости;

2 - омические контакты; 3 - нагреватель Fig. 1. The scheme of researched n-AmBV-structures with ohmic contacts: 1 - the semiconductor AMIBV with п-type of conductivity;

2 - ohmic contacts; 3 - a heater

Результаты и их теоретический анализ

Результаты измерений токовых и вольтовых температурных зависимостей, наблюдавшихся при одно-

родном нагреве образцов с омическими контактами, изготовленных из GaAs<Sn>, GaSb<Te>, InP<Te>, GaAs<Te>, приведены на рисунках 2, 3, 4 и 5.

- с -'и1

30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

ГС

> 1,8 £

> 1'6

1,4

1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0.0

50

100

150

200

250

300 Г'С

с о

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

а)

b)

Рис. 2. Зависимости тока (а) и напряжения (b) от температуры для образца GaAs<Sn> п-типа с омическими контактами Fig. 2. Temperature-current dependence (a) and temperature-voltage dependence (b) for п-type sample GaAs <Sn> with ohmic contacts

< 5-, 43210-

20 40 60 SO 100 120 140 160 180 200 220

t"C

> 0,5 В

> 0.4

0.3 0,2 0,1 0,0

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

T°C

-D

N

а)

b)

Рис. 3. Зависимости тока (а) и напряжения (b) от температуры для образца GaSb<Te> п-типа с омическими контактами Fig. 3. Temperature-current dependence (a) and temperature-voltage dependence (b) for п-type sample GaSb<Te>

with ohmic contacts

0,180160,140120,100,030.060,04 0,020,00-0,02-

S 12->10-864 20-2

50 100 150 200 250

а)

50

100

150

Т°С

200 250

ГС

b)

Рис. 4. Зависимости тока (а) и напряжения (b) от температуры для образца InP<Te> n-типа с омическими контактами Fig. 4. Temperature-current dependence (a) and temperature-voltage dependence (b) for n-type sample InP<Te>

with ohmic contacts

ä 0,00-

-0,05-0,10-0,15-0,20-0,25-

' ' \ I .' \

1

:

i »

, ; i

i i

I 1 \ I \ ¡ I I

\ I \ !

• У

f

I .

280250 -240220200 180 1S0 " 140120-

/

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

T°C

а)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

T°C

b)

Рис. 5. Зависимости тока (а) и напряжения (b) от температуры для образца GaAs<Te> n-типа с омическими контактами Fig. 5. Temperature-current dependence (a) and temperature-voltage dependence (b) for n-type sample GaAs<Te>

with ohmic contacts

Таким образом, экспериментально установлен факт появления во всех этих чегарех материалах токов и напряжений в условиях однородного нагревания, т. е. при Т > 50^60 °С все они становятся своеобразными генераторами тока и (или) напряжения. Попытаемся объяснить эти явления.

В настоящее время можно считать установленным, что в полупроводниках ЛШВ¥ п-типа, выфа-щенных по методу Чохральского, практически не существует свободных вакансий (например [7, 8]). Это обусловлено тем, что катионная вакансия в соединениях ЛШВ¥ весьма подвижна и, являясь сама по сути дела акцептором, легко связывается под действием кулоновского взаимодействия с мелким донором, образуя нейтральный донорно-акцепторный комплекс. В частности в п-типе арсенида галлия, легированном теллуром, это будет комплекс типа вакансия галлия + донорный атом теллура. В случае, когда в материале концентрация мелких доноров выше концентрации вакансий, свободные вакансии будут отсутствовать. Действительно, это полностью

подтверждается исследованиями парамагнитного резонанса, поскольку сигнал ЭПР, который можно связать с вакансиями, наблюдается только в /»-типе ваЛБ [7]. Попытаемся рассмотреть процессы, происходящие в таких полупроводниках под действием температуры.

Используя представления, развитые ранее в [911], запишем уравнение, описывающее динамику изменения концентрации вакансий в таком полупроводнике под действием температуры:

dV

= DV

д 2V

- + V (Q) -

dt " дх2 vac^

-Uv + K(Q)Ndv -Kl(Q)Nv.

(1)

Здесь первый член в правой части описывает диффузию вакансий (Бу - коэффициент диффузии вакансий); Ууас(0 - количество свободных вакансий, рождаемых в единицу времени в единице объема под

действием однородного нагрева Q(T); Пу и Ушс / ху -скорость рекомбинации вакансий; гу - время жизни свободных вакансий; - количество комплексов типа мелкий донор + вакансия. Член К(О)Ыау описывает процесс распада этих комплексов под действием температуры, а член К1(О)Ыау описывает образование новых комплексов, когда вновь образованные вакансии объединяются в силу кулоновского взаимодействия со свободными мелкими донорами. Ясно, что Ы^ ~ Ушс, поскольку каждый такой комплекс содержит один мелкий донор + одну вакансию.

Если предположить, что концентрация вновь образующихся вакансий очень мала, то вторым и третьим членами в уравнении (1) можно пренебречь и, учитывая прямую пропорциональную зависимость между концентрацией комплексов и концентра-

цией вакансии

( dVva

VVa

dt

= 0 I окончательно записать:

Dv

d 2V

va

dx2

- + K(Q) Vac - K,(ß)VvaC = 0.

(2)

D

d V

V do2

- + K (Q)Vvac = 0,

(3)

т. е. распределение вакансий в исследуемом материале описывается уравнением гармонического осциллятора, решение которого имеет вид:

Vvac = Cj cos rox + C2 sin rox,

(4)

Полученное решение носит ярко выраженный периодический характер. Оно может быть записано в виде:

Vvac = A sin(rox + a),

где

A =^1 Cj2 + C

(6)

fa = - C ~ амплитуда и фаза

возникающего распределения концентрации вакансий.

Выражение (6) можно также переписать в виде:

Kac = Vo + V*ac sin(rox) ,

(7)

в стационарных условиях

Если распад комплексов происходит интенсивнее, чем их образование, т. е. К (О) > Щ (О), то уравнение (2) может быть приближенно записано в виде:

где ¥шс0 - средняя концентрация вакансий; Утс -

амплитуда их изменения.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Периодический характер полученного пространственного распределения однозначно свидетельствует о начале процессов самоорганизации в рассматриваемой системе.

Поскольку каждый комплекс состоит из одного мелкого донора + одна вакансия, то в этом процессе высвобождается такое же количество мелких доноров, в результате концентрация легирующих мелких доноров перестает быть постоянной и тоже приобретает периодический характер (рис. 6):

N = Nä0 + Vvac sin(rox),

(8)

где Ыа - полная концентрация доноров; Ыл - исходная (начальная) концентрация доноров. Второй член (8) описывает количество доноров, высвободившихся в результате распада комплексов.

У^с, Ы

N

d0

где С] и С2 - постоянные интегрирования, определяемые граничными условиями. В частности, они могут быть такими: Ушс = Ууас(0) при х=0; Ууас = при х = V (где х = 0 и х = V - концы

образца - см. рис. 1).

Частота возникающего распределения описывается выражением:

Vva

к (Q)

Dv

(5)

т. е. непосредственно зависит от интенсивности теплового воздействия. Поскольку коэффициент распада комплексов К(О) будет расти с ростом температуры, то и частота распределения вакансий также будет возрастать.

Рис. 6. Качественный ход зависимости концентраций вакансий Vvac и доноров Nd по длине образца Fig. 6. Approximate type of dependence of vacancies' concentration Vvac and donors' concentration Nd along the length of the sample

Таким образом, в материале вдоль образца возникает ряд потенциальных барьеров с диффузионным потенциалом

x

kT, Nd

V + =— ln

N

(9)

^ = U - Q(T), dt

где U =

(10)

- рекомбинация свободных но-

где N¿0 = пп - концентрация электронов в исходном п-полу проводнике.

Обыгчно при нагревании происходит рождение свободных носителей, часть из них рекомбинирует, и в результате устанавливается новая равновесная концентрация, т. е. первоначально процесс описывается уравнением:

время жизни электронов. В стационарных условиях

¿п |

— = 0 I и=у(Т), и устанавливается новая концен-

Ж )

трация электронов:

п = пп + TnQ(T), (11)

где xnQ(T) = Дп - дополнительная концентрация электронов, появившаяся в результате нагревания, причем Дп будет расти с ростом температуры. В обыганом материале, в котором не происходит распада комплексов и периодического изменения концентрации доноров, концентрация электронов будет просто расти с ростом температуры (рис. 7, кривые 2, 3).

сителей; Q(T) - их тепловая генерация;

tn -

n(x)

n(T2) n(Ti)

3 2 . 1

Рис. 7. Качественный ход зависимости концентрации электронов в полупроводнике при нагревании: кривая 1 - исходное состояние (с исходной концентрацией nn); кривые 2 и 3- равномерное возрастание концентрации электронов с ростом температуры п d=nn+TnQ (Т^ ),п (Тг)=пп+тпО (Т2 ); кривая 4 - изменение концентрации электронов,

обусловленное периодическим распределением мелких доноров, возникшем при распаде комплексов мелкий донор + вакансия в результате однородного нагревания Fig. 7. Approximate type of electrons' concentration in semiconductor at heating: curve 1 - origin state (with origin concentration nn), curves 2 and 3 - uniform increasing electrons' concentration at temperature's increasing n d= nn + TnQ (T^ ),

n (T2 )= nn + TnQ (T2 ); curve 4 - changing of electrons' concentration caused by periodical distribution of shallow donor appearance at disintegration of complexes of type shallow donor + vacancy at uniform heating

Но в нашем случае, когда концентрация легирующей примеси становится периодической по длине образца, концентрация свободных электронов также станет периодической, во всяком случае у нее появится периодическая добавка:

начинает подчиняться уравнению (12), ее вид качественно может быггь представлен на рис. 7 (кривая 4).

Поскольку в полупроводнике есть изотипные потенциальные барьеры, в нем появляется внутреннее электрическое поле ЕБ Демберовского типа:

n = nn + \Q + Vvac sin(ff|- x).

(12)

_ kT b -1 ( dn Ed =----1 — I n .

Используя обыганыге для исследования синергети-ческих процессов граничные условия отсутствия возбуждения на краях, имеем

q b +1 ^ dx

(14)

Соответственно, на границах разомкнутого образца возникает динамическая разность потенциалов

nl =0 = n„ + xnQ(T ).

(13)

Vq = JEDdx,

(15)

что свидетельствует о развитии процессов самоорганизации исключительно в самом образце, без всяких влияний из контактов. Когда концентрация электронов

n

4

n

n

x

которую справедливо назвать синергитеческои тер-мо-ЭДС Демберовского типа:

Р = J —V2

max Q kT 0 (

(23)

Vq = - kT (b-j) in Q q (b +1) n(0)

(16)

Эта ЭДС определяется спонтанно возникающим в однородном полупроводнике под действием однородного нагревания перепадом концентрации свободных носителей. Такая синергетическая термо-ЭДС принципиально отличается от обычной ЭДС Дембера, возникающей, как известно, в результате привнесенного извне (например, инжекцией) изменения концентрации носителей. Единственным общим свойством двух этих ЭДС является их одинаковая зависимость от разности подвижностей электронов и дырок.

Полное падение напряжения на образце

V = -

J W dx kT (b -1) W dn

J it

qp (b +1)0 n q (b +1)

T

(17)

Используя выражение для концентрации электронов (12), легко получить окончательную зависимость тока от напряжения:

J = JQq (V - V ) Q kT

(18)

где

JQ =

qDp (b + 1)(п + xnQ(T ))2

d | nn + xnQ(T) + — (cos rod -1)

ro

(19)

V„ = V

kT_ (b -1)

T (b+1)

in

1+

V sin rod

n„ + \Q(T).

(20)

можно назвать предельной синергетической дембе-ровской термо-ЭДС.

Ток короткого замыкания в таком образце

Jsc. ~ JQ kT lVJ .

(21)

Таким образом, возникающие в однородном образце под воздействием однородного нагревания процессы самоорганизации вакансий, мелких доноров и, как следствие, свободных носителей приводят к генерации в нем токов и напряжений, синергетиче-ских по своей природе.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Развитые представления достаточно хорошо объясняют появление токов и напряжений при однородном нагреве однородных образцов, изготовленных из ва8Ъ<Те> и ваА8<Те> (см. рис. 2 и 3).

Однако для образцов 1пР<Те> (рис. 3) и ваА$<Те> (рис. 4) эти представления совершенно не подходят. Объяснение, по-видимому, кроется в том, что при возникновении изотипных п-п-переходов в образцах из ва8Ъ<Те> и ОаАБ<Те> большая часть образца остается квазинейтральной, и основное падение напряжения приходится именно на нее, в то время как падение на самом п-п+-переходе мало.

Вероятно, в случае 1пР<Те> и ОаАБ<Те> процессы носят более сложный характер. При этом падение напряжения на изотипном п-п+-переходе может быть существенным и даже определяющим, так что для расчета можно использовать представления теории генерационно-рекомбинационных токов.

Любой ток в полупроводнике, вообще говоря, можно было бы назвать генерационно-рекомбинационным (ГР) на основании уравнений непрерывности:

divJn = -q •Un , divJp = q •U

(24)

Соответственно, мощность, выделяемая в результате этих синергетических процессов,

где ип и ир - скорости рекомбинации электронов и дырок соответственно.

Исторически сложилось так, что этот термин обычно используют, когда говорят о токе, формирующемся в области объемного заряда (ООЗ) р-и-перехода, изотипного перехода (например, и-и+ или р-р+) или каких-то других ООЗ (гетеропереходы, барьеры типа металл-полупроводник, сходные с р-и-переходом по зонной диаграмме и т.д.). Первая работа, посвященная исследованиям ГР-токов, была создана в 1959 году Са, Нойсом и Шокли [12], когда после широкого использования германиевых приборов стали делать кремниевые. При этом оказалось, что во многих кремниевых диодах температурная зависимость тока не отвечает теории, которая хорошо объясняет результаты для германиевых приборов. Как известно, по диодной теории для р-и-перехода ток определяется зависимостью:

Р = JV = JQq (V - V ) •V

Q kT o c

(22)

I = I.

qV 0kT

(25)

причем максимально достигаемая мощность

где

а

q • dp • Pn q • Dn • nP

L„

(

= q • n •

Dn

Ln

Dp

L • p L • n

n r p p n

Поскольку собственная концентрация n¡

(26)

g

2kT

то I,

в то время как эксперимент для крем-

Следует подчеркнуть, что при построении диодной теории размер области объемного заряда не принимается во внимание. Часто говорят, что ее можно стянуть в плоскость или линию (рис. 8.), при переходе через которую происходит изменение потенциала, и потом, принимая распределение Больцмана, получается:

ниевых приборов давал ~ е 2кТ . Таким образом,

получалось очень большое расхождение теории и эксперимента. Учет падения напряжения на базе диода, демберовского падения напряжения и т. д., сделанный впоследствии, в частности в работах В. И. Стафеева, все равно не дает такой зависимости.

qVp-n

p(d) = pn • e kT

qV

или n(d) = nn • e

(27)

где Vp-n и V

- падения напряжения на p-n-переходе и n-n переходе:

n-n

+

v = ^ • in p(0) v

p-n „ „ ' n-n*

k • T n(d)

(28)

d1

•0

■0

Ef

d1

a)

b)

Рис. 8. Энергетическая диаграмма р-п-перехода (a) и изотипного п-п+-перехода (b). EF - уровень Ферми, область пространственного заряда зашрихована, [d1,0*]-n+ область объемного заряда, [0*, d]-n - область объемного заряда Fig. 8. Energetic scheme of p-n-junction (a) and izotype n-n+-junction (b). EF - Fermi's level, space charge's part is shaded,

[d1,0*]-n+- space charge's part, [0*, d]-n - space charge's part

При подходе, развитом в [12], очень важно как раз то, что происходит непосредственно в области объемного заряда. Выбирая более существенную часть, в данном случае п-область ООЗ, записываем на основании уравнения (24):

I = q • J U • dx,

(29)

где и - скорость рекомбинации неравновесных носителей. Полученный таким образом результат, был назван током генерации-рекомбинации. В работе [12] использовалась статистика Шокли-Рида и соответствующее выражение для скорости рекомбинации:

U = Nr

cn • cp ■ (p • n - n,2)

cn • (n + n) + Cp ■ (p + pi)

(30)

Используя (29) и (30) и переходя к интегрированию по потенциалу ф, в работе [10] был получен результат вида:

I = I. • e

qV_ 2kT

(31)

( d ф Y k • T c

[~dX) •

g

2kT

где = I ¿ф

ах

Таким образом, были объяснены температурные зависимости для кремниевых диодов. Впоследствии в работе А.Ю. Лейдерман [13] было аналитически показано, что зависимость (31) получается только в случае, когда рекомбинационный уровень лежит близко к середине запрещенной зоны. Если он лежит не в середине, то сначала может наблюдаться зави-

симость вида I

qV

и только потом, с ростом

qV ,2kT

напряжения, I ~ е2кТ , которое обыгано связывают с током генерации-рекомбинации. Далее в работе [14] рассматривались токи генерации-рекомбинации в условиях рекомбинации неравновесных носителей, происходящей через двухуровневый комплекс, и по-

E

g

E

n

+

n

n

0

казано, что ток генерации-рекомбинации выходит практически на насыщение, когда становится существенным внутрикомплексныш обмен. Возможны разные модели двухуровневых рекомбинационных комплексов (см. например [15-18]). В частности, на рис. 9 показана схема рекомбинации через двухуровневый комплекс типа мелкий донор + вакансия, характерный для многих материалов типа А^Б^ и полупроводников выфащеннык по методу Чохральского и обладающих «-типом проводимости [15-18].

При этом скорость рекомбинации и будут иметь вид [15-18]:

U = Nd

cmcp2 (РП - n2)

Cn1 (n + П11) + Cp2( P + Pl2) + C

12 pn

(32)

где сп1 - коэффициент захвата электрона на донор-ныш уровень; ср2 - коэффициент захвата дыфки на

уровень вакансии; n11 = Nc • e " ский фактор Шокли-Рида для

- статистиче-уровня доноров

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Ed; P12 = Nv ■ e

- статистический фактор Шок-

ли-Рида для уровня вакансий Куас; с12 - коэффициент, описывающий внутрикомплексныш электронный обмен между уровнями донора и вакансии.

Однако во всех этих случаях концентрация ре-комбинационных центров или рекомбинационных комплексов считалась постоянной. В данной работе делается попытка рассмотреть ГР-токи в условиях, когда концентрация эффективно работающих реком-бинационных центров будет убывать в процессе возбуждения материала, в частности, в результате тем-пературно-стимулированных процессов распада ре-

комбинационных комплексов типа положительно заряженный мелкий донор + отрицательно заряженная вакансия. Для конкретности рассматривается модель рекомбинационного комплекса типа положительно заряженный мелкий донор + отрицательно заряженная вакансия, свойственный материалам АШБУ, обладающих п-типом проводимости, выфа-щенных по методу Чохральского.

Итак, предположим, что возникновение внутреннего изотипного потенциального барьера (или даже нескольких барьеров) может быть причиной появления так называемого генерационно-рекомби-национного тока, формирующегося в области объемного заряда (29), определяемого исключительно скоростью рекомбинации неравновесных носителей и и размерами области объемного заряда ё (см. рис. 8Ь). Будем считать, что подобно тому, как это делается обыгчно (см. например [12-14]), главной является п-область, и интегрирование должно быть проведено по ней. Поскольку мы не знаем размеры возникающей области объемного заряда, то, конечно, не можем точно рассчитать ток по формуле (29), однако, анализ характера зависимости и[р(Т)] может многое объяснить.

Исходим из того, что вначале, т. е. при комнатной температуре, в нашем образце нет свободных вакансий, но присутствует большое количество комплексов типа положительно заряженный мелкий донор + отрицательно заряженная вакансия с концентрацией которые можно рассматривать как своеобразную донорно-акцепторную пару. При нагревании возникающие свободные носители могут рекомбинировать через эти комплексы (рис. 9).

E

///////////////////

Ed

E

E

/////////////тТ/ / /

Рис. 9. Схема рекомбинации через рекомбинационный комплекс типа мелкий донор + вакансия. Переходы: 1 - c^Nj (1 - f^ ) /7,2-c^N/^n^ - обмен донорного уровня с зоной проводимости; 3 - c^N^J^p ,

-°p2Nvc(1 - fR ) Рм , - обмен уровня вакансии с валентной зоной; 5 - cn2Nugc (1 - fR2 ) п , 6 ^ c^N^/^n^ - обмен уровня

BaKaHcrn/i c 30H0E np0B0fli/iM0CTi/i; 7-c^NJ^fl - fR2), 8 -c^N^J^fl -fRi)ekT - o6MeH ypoBHA fl0H0pa c ypoBHeM BaKaHcrn/i, TaK Ha3biBaeMbiE BHyTpi/iK0MnneKCHbiE 06MeH; /R i/i fR2 - Bep0HTH0CTi/i 3an0nHeHi/ia yp0BHeE fl0H0p0B Ed i/i BaKaHCi/iE

Evac 3neKTp0HaMM C00TBeTCTBeHH0 Fig. 9. Scheme of recombination through recombination complex of type shallow donor + vacancy. Here: 1 - c^Nj (1 -fm ) n ,

2 - c^NJ^n^- exchange donor level with the conduction band; 3 - c^N^f^p , 4 - c^N^ (1 - fR2 ) p^ - exchange vacancy level

with the valence band; 5 - cn2Nvac (1 - fR2 ) /7,6-

■ exchange vacancy level with the conduction band;

7 - c^NJ^I - fR2), 8 - c^N^f^fl -fRi)ekT - exchange donor level with the vacancy level, so-called inter complex exchange; fR and fR - the probability of filling the donor level Ed and vacancy level Evac by electrons respectively

Можно представить полные концентрации свободных электронов и дырок как р = рп + Ар, п = пп + Ап, где Ар и Ап - термостимулированные добавки, обусловленные однородным нагреванием. Так как рассматривается небольшой уровень возбуждения, когда Ап < пп и , Ар < рп, р < р12, п < пи, то формулу (32) можно приближенно записать как

U * Nv • B •Ap .

(33)

где B = -

Cni Cp 2

Сп1 п11 + Ср 2 рИ

В нашем случае очень существенно, что концентрация рекомбинационных комплексов не остается постоянной, поскольку эти комплексы интенсивно распадаются в процессе нагрева, так что количество эффективно работающих рекомбинационных комплексов можно записать как

Neff = Nv - Vmc (T),

(34)

где УШС(Т) - концентрация образующихся при нагревании свободных вакансий, причем их концентрация растет с ростом температуры. Тогда скорость рекомбинации и (33) можно записать как

и = (^ - Ут)В •Ар , (35)

причем и достигает максимума (рис.10) при условии

аи 0

-= 0, т. е. при

ат

(N V ) aP dVa Ap

(NdV - Vvac ) ~ = —^Т •AP •

dT dT

(36)

С дальнейшим ростом температуры скорость рекомбинации будет убывать, т. е. будет происходить ингибирование (подавление) рекомбинации за счет уменьшения концентрации эффективно работающих рекомбинационных комплексов. Поскольку генерационный ток (29) прямо пропорционален скорости рекомбинации и, этот факт хорошо объясняет убывание тока для образца 1пР<Те> на рис. 4а. Конечно, ингибирование рекомбинации не может продолжаться бесконечно. Далее должны начать работать другие каналы рекомбинации, в частности, рекомбинация, идущая непосредственно через свободные вакансии (показанная на рис. 10 пунктиром). и начнет возрастать, но так как рекомбинация через вакансии идет менее интенсивно, чем через обычные рекомбинаци-онные центры или комплексы, то это возрастание будет довольно слабым, что также хорошо согласуется с экспериментальными результатами на рис. 4а.

Теперь вернёмся к рис. 5а для образца ваЛ8<Те>, на котором зависимость 1(Т) носит достаточно ярко выфаженный периодический характер. Эти результаты тоже можно качественно объяснить в рамках концепции о появлении изотипных потенциальных п-п+-барьеров, возникающий внутри которых ток является генерационно-рекомбинационным и описывается формулой (29).

В данном случае можно предположить, что вакансии и, соответственно, мелкие доноры, создающие п-п+-переходы, располагаются на большей части образца, так что эффективная концентрация реком-бинационных центров с использованием выражения для концентрации вакансий (7) будет:

NRe ff = Nv - Vo - V*

sin ю • х •

(37)

Тогда

d

IGR = J NRe ff ^ B •Ap ^ dX :

(38)

U

UNdV

Uvac

/ -fc-

p(Tcr)

p(T)

Рис. 10. Качественный вид зависимости скорости рекомбинации неравновесных носителей U от уровня возбуждения Fig. 10. Approximated dependence of recombination rate of non-equilibrium carriers U from excitation

и если предположить, что концентрация рекомбинационных комплексов меняется по длине х сильнее, чем изменение концентрации свободных носителей Ар, то из (37) и (38) получим:

IGR * (NdV - Vvac0 - Kc Sln Ю • d) • B • ^av •

(39)

Здесь Арск - среднее значение концентрации

свободных дырок в области объемного заряда.

Проанализируем вид выфажения в скобках, представляющий собой эффективную концентрацию рекомбинационных комплексов. Если концентрация вакансий (7) является периодической функцией, то ЫКе-р тоже будет периодической функцией вида:

ыКе # = сошг-у^ ¡ип(ю • а), (40)

o

где const = NdV - V0. Это иллюстрируется рисунком 11, из которого видно, что зависимость NRef(T) хорошо совпадает с видом зависимости I(T) на рис. 5а.

Vva

Vva.

ложения о том, что Ы^ = Ыа¥ - УШС(Т), причем ¥ШС растет с температурой, легко удается объяснить спад тока и небольшой последующий подъем (рис. 4а). Если же опираться на предположение о периодическом распределении вакансий, считая, что оно с самого начала существенно, то легко объяснить периодические колебания тока 1(Т) (рис. 5а). В действительности эти представления легко совместимы. Если V = У0 + V 5ш(ю • х), но изотипный барьер один, протяженность его небольшая и $т(ю • х) и ю - х, то

V = V0 + V ю • x,

тогда

NRe ff = NdV - V - V <*• d и

T

Рис. 11. Качественный вид зависимостей концентрации

вакансий Vvac и концентрации эффективных рекомбинационных комплексов NReff (40) от температуры. Предполагается линейная зависимость частоты распределения концентрации вакансий от температуры ш = а*Т Fig. 11. Approximated dependence of vacancies' concentration

Vvac and that of effective recombination complexes NReff (40) from temperature. Linear dependence of frequency of vacancies' concentration from temperature ш = а«Г is supposed

Итак, данное исследование показывает, что в материалах п-типа АШВУ, выфащеннык по методу Чох-ральского (конкретно в ОаАБ<Те> и 1пР<Те>), в которых изначально отсутствуют свободные вакансии, даже при небольшом однородном нагревании возникают температурно-стимулированные токи, т. е. изготовленные из этих материалов однородные образцы с простыми омическими контактами превращаются в своеобразные генераторы тока. Эти экспериментальные факты объясняются на основе представлений о том, что в этих материалах все вакансии объединены в комплексы типа мелкий донор + вакансия, которые легко распадаются под воздействием температуры, причем в процессе их распада концентрации как вакансий, так и мелких доноров могут в результате процессов самоорганизации распределяться вдоль образца периодически. В этом случае в образце неизбежно возникают внутренние изотип-ные потенциальные п-п+-переходы, на которых происходит разделение свободных носителей. Возникновение внутреннего электрического поля и внутреннего потенциального барьера означает нарушение квазинейтральности, хотя бы на части образца. Возникший п-п+-переход становится источником гене-рационно-рекомбинационного тока, который определяется исключительно только скоростью рекомбинации свободных носителей. В свою очередь, рекомбинация в полупроводниках с такой сложной системой примесей, дефектов и дефект-примесных комплексов типа мелкий донор + вакансия протекает не по обычным законам. Появляется внутрикомплекс-ное взаимодействие свободных носителей, и сама концентрация рекомбинационных центров (комплексов) оказывается изменяющейся в процессе возбуждения полупроводника. В случае простого предпо-

если ю = а -Т, то ЫКе^ = Ы^ -У0 - V • а •Т • а , т. е.

ЫКе-р просто убывает с температурой. В случае же ОаА$<Те>, по-видимому, такое приближение невозможно и надо пользоваться полным выфажением (37). Но в обоих случаях предлагаемая модель позволяет качественно объяснить появление термости-мулированных токов при однородном нагревании однородных образцов с простыми омическими контактами в материалах п-типа АШВУ, выфащеннык по методу Чохральского (конкретно в ОаАБ<Те> и 1пР<Те>).

Таким образом, несмотря на явные различия в характере зависимостей ,/(Т) во всех четыфех материалах группы АШВУ наблюдается появление токов и напряжений при однородном нагреве и, так или иначе, оно связывается с возникновением изотипных потенциальных барьеров и внутренних электрических полей. Тогда в этом же температурном интервале ВАХ должна показывать наличие выпрямления тока. В качестве примера такой набор температурных зависимостей ВАХ для образца из 1пР<Те> представлен на рисунке 12.

м,

ЛОЧ. - С -

'м1

с о

N

Рис.12 Вольт-амперная характеристика образца Rohm-n-InP<Te>-Rohm с простыми омическими контактами Fig. 12. Current-voltage characteristics of Rohm-n-InP<Te>-Rohm structure with simple ohmic contacts

Видно, что ВАХ при комнатной температуре (25 °С) имеет чисто омический характер, но с ростом

NReff

температуры появляется выпрямление. Оно тем больше, чем выше температура. Этот эксперимент однозначно указывает на наличие выпрямляющего потенциального барьера при Т >50 ^ 60 °С.

Выводы

Итак, исходя из концепции изначального существования в полупроводниках AniBV, выращенных по методу Чохральского и обладающих n-типом проводимости, комплексов типа мелкий донор + вакансия (при полном отсутствии свободных вакансий) удалось предсказать возможность развития в таких материалах под воздействием однородного нагрева процессов самоорганизации (саморегулирования) вакансий, освобождающихся при распаде комплексов под воздействием температуры, а вслед за ними, мелких легирующих доноров и рекомбинационных комплексов. Эти процессы, формируя в объеме полупроводника изотипные потенциальные барьеры типа n-n+, тем самым приводят к возникновению в нем внутреннего электрического поля. Разделение свободных носителей, созданных однородным нагревом, на этих барьерах является причиной появления токов и напряжений, синергетических по своей природе. Эта теоретическая модель нашла хорошее экспериментальное подтверждение на образцах GaAs<Te>, GaAs<Sn>, GaSb<Te> и InP<Te>.

Работа выполнена по гранту фундаментальных исследований Ф2-ФА-0-97004 АН РУз.

Список литературы

1. Каминский В.В, Соловьев С.М., Голубков А.В. Генерация электродвижущей силы при однородном нагреве полупроводниковых образцов моносульфида самария // Письма в Журнал технической физики. 2002. T. 28, вып. 6. С. 29-34.

2. Каминский В.В., Голубков А.В., Васильев Л.Н. Дефектные ионы самария и эффект генерации электродвижущей силы в SmS // Физика твердого тела. 2002. Т. 44, Вып. 8. С. 1501-1505.

3. Каминский В.В., Казанин М.М. Термовольтаи-ческий эффект в тонкопленочных структурах на основе сульфида самария // Письма в Журнал технической физики. 2008. Т. 34, Вып. 8. С. 92-94.

4. Саидов А. С. Термоэлектретные свойства технического кремния полученного восьмикратной переплавкой на солнечной печи // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2010. № 3(83). С. 22-25.

5. Саидов А.С., Лейдерман А.Ю., Маншуров Ш.Т. Необычные свойства поликристаллического кремния, полученного пятикратной переплавкой металлургического кремния на солнечной печи // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2011. № 5(97). С. 27-33.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Саидов А.С., Лейдерман А.Ю., Аюханов Р.А., Маншуров Ш.Т., Абакумов А.А. Спектральная фоточувствительность поликристаллического кремния, полученного пятикратной переплавкой металлургического кремния на солнечной печи // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2012. № 4. С. 42-47.

7. Hwang C. J. Optical Properties of n-Type GaAs. Formation of Efficient Hole Traps during Annealing in Te-Doped GaAs // Journal of Applied Physics. 1969. No. 40. P. 4584-4592.

8. Булярский С.В., Фистуль В.И. Термодинамика и кинетика взаимодействующих дефектов в полупроводниках. М.: Наука, 1997.

9. Leyderman A.Yu., Saidov A.S., Khashaev M.M., Rahmonov U.K. About Possibility of Development Syn-ergetic Processes in Semiconductors of Type AmBV // Journal of Materials Science Research. 2013. Vol. 2, No. 2. P. 14-21.

10. Leyderman A.Yu., Saidov A.S., Khashaev M.M., Rahmonov U.Kh. Thermovoltaic processes in gallium arsenide doped with tin // Applied Solar Energy. 2012. Vol. 48, No. 3. P. 165-168.

11. Leyderman A.Yu., Saidov A.S., Khashaev M.M., Rahmonov U.Kh. Study of properties of tellurium doped indium phosphide as photoconversion material // Applied Solar Energy. 2014. Vol. 50, No. 3. P. 143-145.

12. Sah C.T., Noyce R., Shockley W. Carrier generation and recombination in p-n-junctions and p-n-junction characteristics // Proccedings Institute of Radio Engineers. 1957. Vol. 9, No 11/12. P. 1055-1065.

13. Leyderman A.Yu. On the generation - recombination current in p-n-junctions of semiconductors with continuous gap - state spectrum // Physica Status Solidi (a). 1985. Vol. 87, No 2. P. 363-372.

14. Leyderman A.Yu. Effect of the generation - recombination currents on the photovoltaic conversion of solar energy // Applied Solar Energy. 1999. Vol. 35, No 2. P. 20-25.

15. Лейдерман А.Ю., Минбаева М.К Механизм быстрого роста прямого тока в полупроводниковых диодных структурах // Физика и техника полупроводников. 1996. T. 30, № 10. C. 1729-1728.

16. Лейдерман А.Ю. Статистика рекомбинации в полупроводниках с распадающимися в результате рекомбинационно-стимулированных процессов сложными примесными комплексами // Доклады Академии Наук УзССР. 1989. № 1. С. 24-26.

17. Карагеоргий-Алкалаев П.М., Лейдерман А.Ю. Рекомбинация и релаксационные процессы в полупроводниках с примесными комплексами // В сборнике «Физика и материаловедение полупроводников с глубокими уровнями». М.: Металлургия, 1978.

18. Лейдерман А.Ю., Хашаев М.М. Особенности рекомбинации в полупроводниках AniBV // Доклады

Академии Наук республики Узбекистан. 2012. № 3. C. 22-24.

References

1. Kaminskij V.V, Solov'ev S.M., Golubkov A.V. Generacia elektrodvizusej sily pri odnorodnom nagreve poluprovodnikovyh obrazcov monosul'fida samaria.

Pis 'ma v Zurnal tehniceskoj fiziki, 2002, vol. 28, is. 6. pp. 29-34.

2. Kaminskij V.V., Golubkov A.V., Vasil'ev L.N. Defektnye iony samaria i effekt generacii elektrodvizusej sily v SmS. Fizika tverdogo tela, 2002, vol. 44, is. 8. pp. 1501-1505.

3. Kaminskij V.V., Kazanin M.M. Termovol'taiceskij effekt v tonkoplenocnyh strukturah na osnove sul'fida samaria. Pis 'ma v Zurnal tehniceskoj fiziki, 2008, vol. 34, is. 8. pp. 92-94.

4. Saidov A.S. Termoelektretnye svojstva tehniceskogo kremnia polucennogo vos'mikratnoj pereplavkoj na solnecnoj peci. International Scientific Journal "Al'ternativnaä energetika i ekologiä" (IS-JAEE), 2010, no. 3(83). pp. 22-25.

5. Saidov A.S., Lejderman A.Yu., Manshurov Sh.T. Neobycnye svojstva polikristalliceskogo kremnia, polucennogo patikratnoj pereplavkoj metallurgiceskogo kremnia na solnecnoj peci. International Scientific Journal "Al'ternativnaä energetika i ekologiä" (ISJAEE),

2011, no. 5(97), pp. 27-33.

6. Saidov A.S., Lejderman A.Yu., Ayuhanov R.A., Manshurov Sh.T., Abakumov A.A. Spektral'naa fotocuvstvitel'nost' polikristalliceskogo kremnia, polucennogo patikratnoo pereplavky metallurgiceskogo kremnia na solnecnoj peci. International Scientific Journal "Al'ternativnaä energetika i ekologiä" (ISJAEE),

2012, no. 4, pp. 42-47.

7. Hwang C. J. Optical Properties of n-Type GaAs. Formation of Efficient Hole Traps during Annealing in Te-Doped GaAs. Journal of Applied Physics, 1969, no. 40, pp. 4584-4592.

8. Bulyarskij S.V., Fistul' V.I. Termodinamika i kine-tika vzaimodejstvuüsih defektov v poluprovodnikah. Moscow: Nauka Publ., 1997.

9. Leyderman A.Yu., Saidov A.S., Khashaev M.M., Rahmonov U.K. About Possibility of De-velopment

Synergetic Processes in Semiconductors of Type A B .

Journal of Materials Science Research, 2013, vol. 2, no. 2, pp. 14-21.

10. Leyderman A.Yu., Saidov A.S., Khashaev M.M., Rahmonov U.Kh. Thermovoltaic processes in gallium arsenide doped with tin. Applied Solar Energy, 2012,vol. 48, no. 3, pp. 165-168.

11. Leyderman A.Yu., Saidov A.S., Khashaev M.M., Rahmonov U.Kh. Study of properties of tellurium doped indium phosphide as photoconversion material. Applied Solar Energy, 2014, vol. 50, no. 3, pp. 143-145.

12. Sah C.T., Noyce R., Shockley W. Carrier generation and recombination in p-n-junctions and p-n-junction characteristics. Proceedings Institute of Radio Engineers, 1957, vol. 9, no. 11/12, pp. 1055-1065.

13. Leyderman A.Yu. On the generation - recombination current in p-n-junctions of semicon-ductors with continuous gap - state spectrum. Physica Status Solidi (a), 1985, vol. 87, no. 2, pp. 363-372.

14. Leyderman A.Yu. Effect of the generation - recombination currents on the photovoltaic conversion of solar energy. Applied Solar Energy, 1999, vol. 35, no 2, pp. 20-25.

15. Lejderman A.Yu., Minbaeva M.K. Mehanizm bystrogo rosta prâmogo toka v poluprovodnikovyh diod-nyh strukturah. Fizika i tehnika poluprovodnikov, 1996, vol. 30, no. 10, pp. 1729-1728.

16. Lejderman A.Yu. Statistika rekombinacii v poluprovodnikah s raspadaûsimisâ v rezul'tate rekombina-cionno-stimulirovannyh processov sloznymi primesnymi kompleksami. Reports of Academy of Sciences of the Uzbekistan Republic, 1989, no. 1, pp. 24-26.

17. Karageorgij-Alkalaev P.M., Lejderman A.Yu. Rekombinaciâ i relaksacionnye processy v poluprovodnikah s primesnymi kompleksami. Articles «Fizika i materialovedenie poluprovodnikov s glubokimi urovnâmi», Moscow: Metallurgiâ Publ., 1978.

18. Lejderman A.Yu., Hashaev M.M. Osobennosti rekombinacii v poluprovodnikah AmBV. Reports of Academy of Sciences of the Uzbekistan Republic, 2012, no. 3, pp. 22-24.

M, - G -'m1

с о

N

Транслитерация по ISO 9:1995

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.