3.3 Визначення зміни глибини залягання глибоких рівнів в n-Ge у широкому діапазоні прикладених механічних напруг

Використання методу п’єзоопору для вивчення кристалів Gе з глибокими енергетичними рівнями дефектів радіаційного та технологічного походження дозволяє певною мірою робити висновки про природу досліджуваних дефектів і їх анізотропію [19, 20]. Наявність у забороненій зоні n-Ge глибокого рівня  еВ значно змінює при температурах його іонізації характер залежностей питомого опору від прикладених механічних напруг вздовж головних кристалографічних напрямів. Застосування одновісного стиску і дослідження зсуву енергетичного положення глибокого рівня при цьому для основних кристалографічних напрямків кристала дає змогу безпосередньо одержувати цінну інформацію про характер зв’язку локалізованого центра з дозволеними зонами, про його симетрію.

За нахилом відрізків спаду залежностей при великих механічних напругах (коли практично проявляється лише другий механізм) в роботах [19, 20, 100] оцінено величини деформаційних змін енергетичної щілини між рівнем радіаційного походження  еВ і дном C-зони. Але крім напряму , область цих оцінок виявляється достатньо вузькою, бо вона не виходить за межі спадаючих відрізків . В роботах [99, 101, 111, 112] зроблена спроба розширення області визначення у всьому діапазоні прикладених механічних напруг, що не тільки сприяло підвищенню точності цих досліджень, а й відкрило б можливості одержання інформації про зміну досліджуваної величини як в області прояву міжмінімумного перерозподілу носіїв заряду, так і за її межами. З цією метою виміряно поздовжній п’єзоопір для кристалографічних напрямків , , при 165 К – температурі найменшої іонізації рівня  еВ, на зразках n-Ge ( 8 Ом см) у вихідному стані і після -опромінення . Криві 1 рисунків 3.3 та 3.4 відображають результати поздовжнього п’єзоопору , одержані на вихідних зразках при умовах та . У випадку величина дорівнює нулю і є незмінна для досліджуваного діапазону механічних напруг. Кривими - (рис. 3.3 та 3.4) представлено аналогічні дані для тих же зразків після - опромінення дозою 8 10¹⁷ см^-2. Після такої дози опромінення германій залишається n-типу провідності, але в забороненій зоні з’являються глибокі рівні  еВ, що належать радіаційним дефектам [102], які зі зниженням температури активно впливають на величину п’єзоопору . Вигляд залежностей , пояснюється згадуваним вище одночасним проявом двох головних механізмів, що впливають на величину поздовжнього п’єзоопору. Зіставлення значень експериментальних залежностей у вихідному стані та після - опромінення дає змогу виділити безпосередній внесок другого механізму (залежність загальної концентрації носіїв заряду в C-зоні від механічної напруги) у зміну питомого опору зі збільшенням механічної напруги – криві . Для визначення зміни концентрації носіїв у C-зоні ( ) на рис. 2.11 наведено у напівлогарифмічному масштабі, на основі зіставлених даних (залежність рис. 3.3, залежності і рис. 3.4), криві 1-3 [111]. Аналогічні експериментальні залежності отримані при зіставленні даних вихідних і - опромінених ( 1,1 10¹⁷ см^-2) зразків n-Ge [99].

Оскільки при симетричному розміщенні осі деформації відносно всіх ізоенергетичних еліпсоїдів ( ) ефект міждолинного перерозподілу

Рис. 3.5. Залежності поздовжнього п’єзоопору n-Ge з глибоким енергетичним рівнем  еВ - опроміненого при 165 K (1-3) та легованого домішкою Au при 110 K ( , ) в умовах:

1, – ;2, – ;3 –

носіїв заряду відсутній і наявність п’єзоопору у цьому випадку повністю визначається лише другим механізмом, має лінійну залежність в усьому діапазоні прикладених механічних напруг (крива 3 рис. 3.5). Цікаво, що і для випадку результуючі дані (залежність 2 рис. 3.5) теж трансформуються практично у лінію при заданих . Залежність 1 для випадку має два прямолінійні нахили. Згідно виразу

, (3.1)

де – коефіцієнт, який змінюється від 1 до 2 залежно від ступеня заповнення рівня, за нахилом прямолінійних відрізків залежності (рис. 3.5) визначено величину зміни енергетичної щілини між рівнем  еВ і долинами C-зони для різних кристалографічних напрямів:

– 10,2 10^-11 eB/Па для  ГПа і

2,55 10^-11 еB/Па при  ГПа.

Значення для напрямів , (у всьому діапазоні ) та при  ГПа узгоджується з результатами робіт [19, 20], а при  ГПа (для ) в чотири рази перевищує відповідне значення при  ГПа.

Згідно з роботою [5], мінімум, головна вісь ізоенергетичного еліпсоїда якого орієнтована вздовж осі деформації при , опускається вниз за шкалою енергій на величину , а інших три мінімуми піднімаються вгору на величину , що й приводить до перерозподілу електронів між мінімумами. Але зміна величини енергетичної щілини може бути зумовлена як зміщенням долин C-зони, так і зміщенням самого рівня  еВ. Враховуючи величину зміщення долин [6], одновісний стиск кристалів у напрямку призводить до зміщення рівня вниз відносно початкового положення (при 0) на величину 5,6 10^-11 eB/Па і 1,0 10^-11 eB/Па. Одержані результати дають змогу робити висновок про виявлену анізотропію радіаційного центра з рівнем  еВ.

При механічних напругах 0,7 ГПа, очевидно, відбувається обмін носіями заряду між рівнем  еВ і чотирма долинами зони провідності, а при 0,7 ГПа, в силу згадуваних вище причин (опускання рівня і підняття трьох долин), рівень взаємодіє лише з однією долиною (яка опускається), про що і свідчить згин на залежності 1 (рис. 3.5). Відмітимо, що деформаційне міждолинне переселення носіїв заряду при 165 K завершується не при 0,7 ГПа, а при значно більших , що і видно із залежності 1 рисунка 3.3.