Ионизационное равновесие в алмазе p-типа : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / научный руководитель С. А. Вырко

Abstract

Объект исследования — кристаллы алмаза p-типа проводимости. Цель работы — разработать расчетную схему ионизационного равновесия в кристаллах алмаза, содержащих примеси атомов бора и азота и проверить рас-четы измерениями электронного спинового резонанса на синтетических алма-зах РУП «Адамас-БГУ». Методы исследования — теоретический анализ и компьютерное моделиро-вание ионизационного равновесия в алмазе p-типа в условиях сосуществования прыжковой и зонной проводимостей при больших концентрациях дефектов, сравнение расчетов с экспериментальными данными. В результате выполнения НИР методами статистической физики полупро-водников получено выражение для температуры Tj перехода от зонной к прыж-ковой электропроводности в кристаллах алмаза p-типа в зависимости от кон-центрации N легирующей примеси бора и степени ее компенсации K атомами азота. Рассчитаны зависимости температуры Tj и полной концентрации дырок при температуре Tj от концентрации атомов бора, а также температурная зави-симость концентрации свободных (делокализованных) дырок в валентной зоне. Разработана квазиклассическая модель флуктуационного разброса энерге-тических уровней состояний дырок как в акцепторной зоне, так и в v-зоне алма-за p-типа, легированного атомами бора и компенсированного атомами азота. Рассчитаны зависимости от концентрации примесей среднеквадратичной флук-туации энергии состояний дырок как в акцепторной зоне Wa, так и в v-зоне Wp алмаза p-типа при температуре перехода от зонной к прыжковой электропро-водности на постоянном токе, а также температурные зависимости Wa и Wp для различных степеней компенсации. Из решения самосогласованной системы уравнений, описывающих иониза-ционное равновесие в кристаллических полупроводниках, найдена критическая концентрация перехода диэлектрик–металл в кристаллах алмаза p-типа (~1.5•1020 см–3 для K = 0.05 и ~2.8•1020 см–3 для K = 0.25). Рассчитаны также за-висимости полной концентрации дырок в v-зоне и акцепторной зоне при фик-сированной температуре от концентрации водородоподобных атомов примеси и проведено сравнение с экспериментальными данными холловских измерений.