Logo BSU

Пожалуйста, используйте этот идентификатор, чтобы цитировать или ссылаться на этот документ: https://elib.bsu.by/handle/123456789/343660
Заглавие документа: Role of electrostatic fluctuations in doped semiconductors upon the transition from band to hopping conduction (by the example of p-Ge:Ga)
Другое заглавие: Роль электростатических флуктуаций при переходе от зонной электропроводности к прыжковой в легированных полупроводниках (на примере p-Ge:Ga) / Н. А. Поклонский, С. А. Вырко, О. Н. Поклонская, А. Г. Забродский
Авторы: Poklonski, N. A.
Vyrko, S. A.
Poklonskaya, O. N.
Zabrodskii, A. G.
Цифровой идентификатор автора ORCID: 0000-0002-0799-6950
0000-0002-1145-1099
Тема: ЭБ БГУ::ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТОЧНЫЕ НАУКИ::Физика
Дата публикации: 2016
Издатель: Pleiades Publishing, Ltd.
Библиографическое описание источника: Semiconductors, 2016, Vol. 50, No. 6, pp. 722–734. [Физика и техника полупроводников. – 2016. – Т. 50, № 6. – С. 738–750.]
Аннотация: The electrostatic model of ionization equilibrium between hydrogen-like acceptors and v-band holes in crystalline covalent p-type semiconductors is developed. The range of applicability of the model is the entire insulator side of the insulator–metal (Mott) phase transition. The density of the spatial distribution of acceptor- and donor-impurity atoms and holes over a crystal was assumed to be Poissonian and the fluctuations of their electrostatic potential energy, to be Gaussian. The model takes into account the effect of a decrease in the energy of affinity of an ionized acceptor to a v-band hole due to Debye–Hückel ion screening by both free v-band holes and localized holes hopping over charge states (0) and (–1) of acceptors in the acceptor band. All donors are in charge state (+1) and are not directly involved in the screening, but ensure the total electroneutrality of a sample. In the quasiclassical approximation, analytical expressions for the root-mean-square fluctuation of the v-band hole energy W_p and effective acceptor bandwidth W a are obtained. In calculating W_a , only fluctuations caused by the Coulomb interaction between two nearest point charges (impurity ions and holes) are taken into account. It is shown that W_p is lower than W_a, since electrostatic fluctuations do not manifest themselves on scales smaller than the average de Broglie wavelength of a free hole. The delocalization threshold for v-band holes is determined as the sum of the diffusive-percolation threshold and exchange energy of holes. The concentration of free v-band holes is calculated at the temperature T_j of the transition from dc band conductivity to conductivity implemented via hopping over acceptor states, which is determined from the virial theorem. The dependence of the differential energy of the thermal ionization of acceptors at the temperature 3T_j/2 on their concentration N and degree of compensation K (the ratio between the donor and acceptor concentrations) is determined. Good quantitative agreement between the results of the calculation and data on the series of neutron transmutation doped p-Ge samples is obtained up to the Mott transition without using any fitting parameters.
Аннотация (на другом языке): Развита электростатическая модель ионизационного равновесия между водородоподобными акцепторами и дырками v-зоны в кристаллических ковалентных полупроводниках p-типа. Область применимости модели - вся изоляторная сторона фазового перехода изолятор-металл (перехода Мотта). Плотность пространственного распределения атомов примесей (акцепторов и доноров), а также дырок по кристаллу считалась пуассоновской, а флуктуации их электростатической потенциальной энергии - гауссовыми. Модель учитывает эффект уменьшения энергии сродства ионизованного акцептора к дырке v-зоны, обусловленный экранированием иона (по Дебаю-Хюккелю) как свободными дырками v-зоны, так и локализованными, прыгающими между состояниями (0) и (-1) акцепторов в акцепторной зоне. Все доноры находятся в зарядовом состоянии (+1) и в экранировании напрямую не участвуют, но обеспечивают общую электрическую нейтральность образца. В квазиклассическом приближении получены аналитические выражения для среднеквадратичной флуктуации энергии дырки v-зоны Wp и эффективной ширины акцепторной зоны W_a. При расчете W_a учитывались только флуктуации, обусловленные кулоновским взаимодействием двух ближайших по расстоянию точечных зарядов (ионов примесей и дырок). Показано, что W_p меньше, чем W_a, так как электростатические флуктуации на масштабах, меньших средней дебройлевской длины волны свободной дырки, не проявляются. Порог делокализации для дырок v-зоны определяется суммой порога диффузионного протекания и обменной энергии дырок. Проведено вычисление концентрации свободных дырок v-зоны при температуре T_j перехода от зонной электропроводности на постоянном токе к прыжковой по акцепторным состояниям, получаемой из теоремы вириала. Определена зависимость дифференциальной энергии термической ионизации акцепторов (при температуре 3T_j/2) от их концентрации N и степени компенсации K (отношение концентраций доноров и акцепторов). Без использования каких-либо подгоночных параметров получено хорошее количественное согласие выполненных расчетов с данными по серии образцов нейтронно-трансмутационно легированного германия p-типа вплоть до перехода Мотта.
URI документа: https://journals.ioffe.ru/articles/43199
https://elib.bsu.by/handle/123456789/343660
ISSN: 1063-7826
0015-3222
DOI документа: 10.1134/S1063782616060191
Финансовая поддержка: This study was supported by the Program MatTekh, Republic of Belarus, and the Ministry of Education and Science of the Russian Federation, Grant of the President of the Russian Federation NTs-347.2014.2. Работа выполнена при поддержке программы "МатТех" Республики Беларусь и Министерства образования и науки Российской федерации (грант Президента РФ НЦ-347.2014.2).
Лицензия: info:eu-repo/semantics/openAccess
Располагается в коллекциях:Кафедра физики полупроводников и наноэлектроники (статьи)

Полный текст документа:
Файл Описание РазмерФормат 
SC722-734.pdf423,23 kBAdobe PDFОткрыть
FTP738-750.pdf356,47 kBAdobe PDFОткрыть
Показать полное описание документа Статистика Google Scholar



Все документы в Электронной библиотеке защищены авторским правом, все права сохранены.