Please use this identifier to cite or link to this item:
https://elib.bsu.by/handle/123456789/343531| Title: | Термическая энергия активации прыжковой ε2-электропроводности по атомам бора в слабо компенсированном кремнии |
| Other Titles: | Thermal activation energy of hopping ε2-conduction via boron atoms in weakly compensated silicon |
| Authors: | Поклонский, Н. А. Вырко, С. А. Ковалев, А. И. |
| Open Researcher and Contributor ID: | 0000-0002-0799-6950 0000-0002-1145-1099 |
| Keywords: | ЭБ БГУ::ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТОЧНЫЕ НАУКИ::Физика |
| Issue Date: | 2018 |
| Publisher: | РУП "Издательский дом «Белорусская наука»" |
| Citation: | Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2018. – Т. 62, № 4. – С. 406–414. |
| Abstract: | Рассматривается изоляторная сторона концентрационного фазового перехода изолятор–металл (перехода Мотта) в легированных акцепторами (атомами бора) кристаллах кремния p-типа в условиях стационарной прыжковой электрической проводимости. Атомы бора замещают в кристаллической решетке атомы кремния и могут находиться в одном из трех зарядовых состояний (−1, 0, +1), а компенсирующая примесь (доноры) находится в зарядовом состоянии (+1). Распределение атомов примесей по кристаллу предполагается случайным (пуассоновским). Из уровней энергии атомов бора в зарядовых состояниях (0) и (−1) формируется A0-зона, а из уровней энергии атомов бора в зарядовых состояниях (+1) и (0) формируется A+-зона. Рассчитывается уменьшение энергии активации ε2 термически ассистированных туннельных переходов (прыжков) дырок между электрически нейтральными атомами бора, т. е. находящимися в зарядовых состояниях (0). Величина ε2 примерно равна энергетической ширине щели между A0- и A+-зонами, т. е. щели Хаббарда. В квазиклассическом приближении показано, что сужение энергетической щели между A0- и A+-зонами происходит вследствие: 1) формирования из возбужденных квантовых состояний атомов бора в зарядовом состоянии (0) квазинепрерывной зоны разрешенных значений энергии для дырок v-зоны, так что величина смещения потолка v-зоны в глубь запрещенной зоны определяется максимальным радиусом орбиты дырки в атоме бора, не превышающим половины среднего расстояния между ближайшими атомами примесей, 2) расщепления основных (невозбужденных) уровней энергии «молекулярных» пар атомов бора в зарядовых состояниях (0) на триплетное и синглетное состояния двух дырок. Расчеты ε2 без подгоночных параметров количественно согласуются с имеющимися экспериментальными данными для p-Si:B. |
| Abstract (in another language): | The insulating side of the concentration insulator–metal phase transition (Mott’s transition) in p-type silicon crystals doped with acceptor (boron atoms) is considered under the conditions of stationary hopping electrical conduction. The boron atoms substitute silicon atoms in the crystal lattice and can be in one of the three charge states (−1, 0, +1), while the compensating impurity (donors) is in the charge state (+1). The distribution of impurity atoms is supposed to be random (Poisson’s distribution). The A0-band is formed from the energy levels of boron atoms in the charge states (0) and (−1), while the A+-band is formed from the energy levels of boron atoms in the charge states (+1) and (0). The decrease in the activation energy ε2 of thermally assisted tunneling transitions (hops) of holes between electrically neutral boron atoms, i. e. boron atoms that are in the charge state (0), is calculated. The ε2 quantity is approximately equal to an energy gap between A0- and A+-bands, i. e. Hubbard’s gap. In the quasi-classical approximation it is shown that the narrowing of the energy gap between A0- and A+-bands occurs due to: (i) the formation of a quasi-continuous band of allowed energy values for v-band holes from excited quantum states of boron atoms in the charge state (0), thus the value of the v-band shift into the band gap is determined by a maximum radius of the hole orbit in a boron atom, which does not exceed the half of the average distance between the nearest impurity atoms, and (ii) the splitting of the ground (non-excited) energy levels of the “molecular” pairs of boron atoms in the charge states (0) into triplet and singlet states of two holes. Calculations of ε2 without any adjustable parameters are quantitatively agree with the known experimental data on p-Si:B. |
| URI: | https://elib.bsu.by/handle/123456789/343531 |
| ISSN: | 1561-8323 |
| DOI: | 10.29235/1561-8323-2018-62-4-406-414 |
| Sponsorship: | Работа выполнена в рамках программы Республики Беларусь «Маттех». |
| Licence: | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Appears in Collections: | Кафедра физики полупроводников и наноэлектроники (статьи) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| DNANB406-414.pdf | 580,87 kB | Adobe PDF | View/Open |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.