1.5 Вплив глибоких енергетичних рівнів золота на п’єзоопір n-Gе

Електронна структура золота , є переважно домішкою заміщення, і його - електрон веде себе як електрон донора з глибоким рівнем +0,04 еВ. Зв’язок цього електрона в парі Аu-Gе на 0,04 еВ слабший, ніж зв’язок валентного електрона в парі Gе-Gе. Послідовне приєднання електронів на три ненасичені зв’язки Аu-Gе призводить до утворення трьох акцепторних рівнів: +0,15 еВ, -0,2 еВ, -0,04 еВ.

Вплив глибокого рівня -0,2 еВ на п’єзоопір n-Gе вперше було досліджено в роботах. Глибокі енергетичні рівні вводилися легуванням кристалів германію домішкою Аu (в процесі вирощування), а також за допомогою - опромінення. Вимірювання електропровідності і п’єзоопору в області малих тисків (до ) проводилися в роботі звичайним компенсаційним методом в інтервалі 77<Т<400К. Напруження одновісного стиску прикладалися вздовж [111] або [110]. Концентрація носіїв струму у вихідних кристалах (до їх опромінення) складала

Рис.1.6 Температурні залежності концентрацій носіїв струму в:

1. n-Gе:Sb до опромінення:

2. n-Gе, легований доміщкою золота;

3. n-Gе: Аu після -опромінення дозою .

а температурні залежності приведені кривими (що відповідають різним обробкам кристалу) на Рис.1.6. На цьому рисунку залежністю 1 зображено дані, які одержані на неопроміненому кристалі, який був легований лише донорною домішкою Sb; залежність 2 - одержана на зразку, який додатково був легований домішкою Аu, а залежність 3 - була одержана після -опромінення. Легування золотом та -опромінення ( ) n-Gе приводить до появи в забороненій зоні глибокого акцепторного рівня -0,2 еВ, концентрація якого становить і (для залежностей 2 і 3 відповідно).

Рівень -0,20 еВ може проявляти себе тільки тоді, коли в результаті компенсації проходить завершене заповнення рівня +0,15 еВ. Вивчення впливу ОПД на величину і характер зміщення рівня золота -0,20 еВ в n-Gе започатковане в різних роботах . Але використання одних лише залежностей (Х) не може дати надійної інформації про зміну положення глибокого рівня, оскільки сильна залежність рухливості електронів від ступеня однорідності кристалів буде вносити суттєві похибки в такі результати. Крім того, при значних змінах концентрації-ступінь гомогенності кристалу буде також змінюватись. Слід відмітити, що не тільки у випадку n-Gе: Аu, але взагалі при вивченні глибоких рівнів різного походження необхідно враховувати особливості залежності . Типова залежність для n-Gе з домішкою Аu приведена на Рис. 7а. Характерною особливістю цього рисунка є перехід від "половинного" до повного нахилу (при більш низьких температурах), що є характерним для компенсованих кристалів при визначенні співвідношення між легуючою і компенсуючою домішками в області характеристичних ( ) температур. Адже при Т> залежність концентрації від температури визначається співвідношенням

, тоді в області Т .Для конкретних даних, приведених на Рис.7б, характеристична температура 155К, а концентрація, яка відповідає цій температурі, складає .

В наближенні лінійного зміщення зон і глибокого енергетичного рівня з механічним Напруженням X, зміна енергетичної щілини між ними може бути записана у вигляді

, (1.15)

де - 1 (або 2 ) в залежності від області температур, в якій

Рис. 1.7

а - температурна залежність концентрації носіїв струму в n-германії з домішкою золота;

б - залежності концентрації носіїв струму від механічної напруги X//J// . які були виміряні при різних температурах Т, К: 1-179;2-150;3-129;4-119;5-115.

проводиться дослідження ( Т< чи >Т_П). I якщо в (1.15) прийняти необхідне значення визначити величину зміни енергетичної щілини при фіксованих температурах вище і нижче характеристичної, то для конкретних умов досліду (де J- густина струму) в розрахунок на кожні 10³ кгс/см² і були одержані слідуючі значення (0,30±0,02)- еВ (для залежності1 Рис1.7) і (0,56±0,02)- еВ - для залежностей 3 5 цього ж рисунка. Тобто, лише правильний вибір значення коефіцієнта коректне значення при різиих (фіксо-ваних) температурах. I лише усереднення даних по всьому набору прямих Рис.7б приводить до значення деформаційної зміни енергетичної щілини (дая стиску в напрямку ), що складає (0,29±0,2)- еВ на кожні 10³ кгс/см².

Аналогічні досліди, проведені в умовах , привели до середнього значення деформаційної зміни глибини залягання рівня золота в n-Ge. яке складало (0,30±0,02)- еВ на кожні 10³ кгс/см² тиску.

Залежності концентрації носіїв струму від механічного напруження при декількох фіксованих значеннях температури (для ) зображені на Рис.1.8. Цікаво, що для вказаного кристалографічного напрямку перехід від "повного" до "половинного" нахилу на кривих 5 і 6 досягався за рахунок лише зміни величини X. Як і слід було чекати, злам залежності 6 спостерігається при більш високих значеннях X, чим при вимірах залежності 5 (при одній і тій же характеристичній концентрації 3-10¹³ ).

Рис.1.8 Залежності для n-Gе: Аu в умовах Х//J//[111] при різних ; температурах Т,К: 1-203; 2-163; 3 - 140; 4-130; 5-122; 6-116.

Дані Рис.1.8 (криві 1 6) дозволяють визначити усереднене значення деформаційної зміни енергетичної щілини між рівнем -0,20 еВ і долинами.

В результаті проведених дослідів було показано , що величина і напрямки деформаційних зміщень глибокого рівня в n-Ge: Аu ( -0,20) еВ відносно його положення в недеформованому кристалі визначаються слідуючими значеннями:

X//J//[111] - (0,24±0,02) еВ на 10³кгс/см² (вниз),

X//J// [110] - (0,10±0,02) еВ на 10³ кгс/см² (вниз),

X//J // [100] - (0,57±0,02) еВ на 10³ кгс/см² (вверх).