Максимальная прыжковая электропроводность на постоянном токе по водородоподобным примесям в полупроводниках

Abstract

Разработана квазиклассическая модель расчета электрической проводимости на постоянном токе в кристаллических полупроводниках c водородоподобными примесями при переходе от зонной проводимости к прыжковой проводимости по примесям с понижением температуры. Этот переход от минимальной зонной проводимости к максимальной прыжковой проводимости по примесям имеет вид характерного "излома" на температурной зависимости электросопротивления. Идея расчета состоит в предварительном определении температуры Tj перехода при использовании стандартного подхода в рамках двухзонной модели. Учтен сдвиг потолка v-зоны (дна c-зоны) в глубь запрещенной зоны из-за формирования квазинепрерывной полосы разрешенных значений энергии из возбужденных состояний акцепторов (доноров). Это приводит к уменьшению величины термической энергии ионизации основных мелких примесей за счет уменьшения максимального радиуса локализации дырки на акцепторе (электрона на доноре) при увеличении концентрации примесей. Вычислены соответствующие температуре Tj величины максимальной наблюдаемой прыжковой электропроводности и дрейфовой прыжковой подвижности. Численный расчет в рамках предложенной модели согласуется с известными экспериментальными данными по электрической проводимости и коэффициенту Холла умеренно компенсированных кристаллов p-Ge, легированных путем нейтронной трансмутации, и специально не компенсированных металлургически легированных кристаллов n-Ge, а также n- и p-Si на изоляторной стороне концентрационного фазового перехода Мотта изолятор-металл. Ключевые слова: объемные кристаллы германия и кремния; водородоподобные акцепторы и доноры; дырки, электроны; зонное и прыжковое движение носителей заряда.