332 Глава 8
мости от ИТ для кристалла составляет 0,4 эВ; выше точки плавле ния он увеличивается примерно до 0,6 эВ. Проводимость соот
ветствующего стекла |
(х = |
1) |
удовлетворяет |
соотношению |
о |
= |
— С ехр (—Е/кТ) вплоть до температуры 200 К при Е ~ |
0,62 |
эВ |
и С ~ 104 О м - 1 - с м - 1 . |
На |
фиг. |
8.36 показано |
изменение |
Е |
при |
0,75 |
|
|
|
|
|
|
|
0,5 к
0,Z5
0,0 |
о, г |
0,4 |
|
0,6 |
0,8 |
1,0 |
|
|
|
х, МОЛ |
|
|
|
Ф и г. 8.36. |
Изменение |
энергии |
активации |
электропроводности |
(наклона |
графиков зависимости In а от МТ) |
в стеклах типа С а Х ^ в г |
[86]. |
изменении |
содержания х элемента |
X |
в стеклах |
типа CdX^Asa. |
Экстраполяция зависимости Е |
от содержания х для .этих стекол |
к х — 0 приводит к |
величине, приблизительно |
равной |
0,55 э В г |
которая, будучи помножена на 2, сравнима с запрещенной зоной кристаллического CdAs2 ( ~ 1 эВ).
Тройные соединения, содержащие таллий, образуют полезное семейство высокопроводящих стекол. На фиг. 8.37 показана тем пературная зависимость проводимости в этой системе, измеренная Червинкой и др.
Серия измерений проводимости, термо-э.д.с. и эффекта Холла в стеклах составов СоЮе^Авг была выполнена Каллаэртсом и др. [77]. Температурная зависимость проводимости, показанная на фиг. 8.38, а, очень хорошо согласуется с зависимостью, най денной Червинкой и др. Каллаэртс и др. из наклона прямых на
своих |
графиках в области высоких температур нашли, что Е = |
= 0,55 |
эВ. Данные по термо-э.д.с. представляют особый |
интерес: |
(фиг. 8.38, б). С увеличением содержания Ge термо-э.д.с. |
меняет |
знак, что соответствует переходу отполупроводника ярко выражен-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Свойства |
аморфных полупроводников |
с тетраэдрической |
структурой 333 |
ного |
р-типа к |
полупроводнику га-типа. Для |
стекол |
CdGe0 ,3As2 ' |
и |
CdGe0 ,i As 2 |
зависимость |
термо-э.д.с. от температуры |
меняет |
знак |
вблизи 330 К. |
|
(Тауц |
и др. [499] обнаружили |
аналогичное |
изменение |
знака |
в |
случае |
|
|
|
|
|
|
CdGeAs2 |
вблизи |
220 К.) |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Измерения |
эффекта |
Хол |
|
|
|
|
|
|
ла |
(здесь |
не |
приведены) |
ю- |
|
|
|
|
|
дают |
отрицательный |
знак |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
для всех образцов, за иск |
|
|
|
|
|
|
лючением |
случая |
стехио- |
|
|
|
|
|
|
метрического |
|
|
состава |
|
|
|
|
|
|
CdGeAs2 . Таким образом, в |
10' |
|
|
|
|
|
частности для двух |
образ |
|
|
|
|
|
|
цов с наименьшим и наи |
|
|
|
|
|
|
большим |
содержанием |
Ge |
|
|
|
|
|
|
термо-э.д.с. и коэффициент |
|
\ |
\ \ |
|
\ |
х=0,8 |
Холла |
имеют |
противопо |
|
|
ложные |
|
знаки. |
|
Для |
всех |
|
|
|
|
|
|
образцов |
|
температурная |
|
|
|
|
|
|
зависимость коэффициента |
|
|
|
|
|
|
Холла |
i?# приводит |
приб |
|
|
|
|
|
|
лизительно к той же |
самой |
W |
- |
|
|
|
|
энергии |
|
активации, |
|
что и |
|
|
\\ |
\ |
\х'°>6 |
определенная из |
зависимо |
|
|
сти |
1пст |
от ИТ. |
Поэтому |
|
|
|
|
|
|
холловские |
подвижности |
|
|
|
|
|
|
(Ro) |
почти |
не |
зависят |
от |
|
- |
\\ |
|
\х=0,4 |
температуры и имеют зна |
|
|
|
|
|
|
чения порядка |
|
Ю - |
1 |
см2 - |
|
|
|
|
|
|
• В - 1 - с - 1 |
для CdGe0 ,3 As2 |
и |
|
|
|
|
|
|
CdGe0 ,6 As2 |
и около' 2 - Ю - 2 |
|
|
|
|
|
|
с м 2 - В - 1 |
« с - 1 |
для других |
об |
10" |
|
1*0.1 \ |
|
разцов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\х=о,г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Хотя эксперименталь ные данные и детально не проанализированы, объяс нить по крайней мере ка чественно поведение тер мо-э.д.с. и электропровод ности может следующая
103/Т, К'1
Ф и г. 8.37. Температурная зависимость электропроводности стекол типа CdTl^Asa
[86].
модель. Наклон кривых электропроводности и отрезок, отсекаемый этими кривыми на оси ординат (при 1/Т — 0), наводят на мысль о том, что проводимость обусловлена электронами в нелокализованных состояниях с энергиями вблизи скачка подвижности, отсто ящего от уровня Ферми на 0,55 эВ. Предполагая, что уровень Ферми расположен приблизительно в середине запрещенной зо-
334 |
Глава 8 |
|
ны, |
a CdGe0 ,2 A s 2 имеет проводимость р-типа |
(поскольку область |
локализованных состояний у края валентной |
зоны меньше, чем [у |
Ф и г . |
8.38. Температурная зависимость проводимости (а) и |
термо-э. д. с |
|
(б) в стеклах типа CdGe^Asa . |
|
1 |
>— х = 0,2; г — х = 0,3; з — х = 0,4; 4 — х = о,6; 5 — х = |
1 [77]. |
края зоны проводимости), мы заключаем, что переход к проводи мости р-типа при увеличении содержания Ge мог бы быть след ствием уменьшения области локализованных состояний в зоне проводимости. Энергия активации электропроводности при этом оставалась бы постоянной.
8.3.2. ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТЕКОЛ ТИПА C d G e A s 2
На фиг. 8.39 производится сравнение формы кривых фунда ментального оптического поглощения в аморфном и кристалличе ском CdGeAs2 (по данным Горюновой и др. [201]; см. также [499]). Как и для других аморфных полупроводников, кривая е2 для данного стекла обладает значительно более бедной структурой,
чем для кристалла. Интеграл j coe2dco по этой основной полосе-
поглощения имеет, по существу, ту же самую величину, что- и в кристалле. Казалось бы, эту кривую должна объяснять про стая модель непрямых переходов. Однако электронная зонная структура кристалла еще недостаточно хорошо известна, чтобы это проверить.
Край фундаментального поглощения (фиг. 8.40) располагается при более высоких энергиях, чем в кристаллическом CdGeAs2 r
0.3 |
0,5 |
0,7 |
0,9 |
|
f)a>, |
эВ |
|
Ф и г . 8.40. Температурная |
зависимость края |
оптического поглощения |
аморфного |
C d G e A s 2 . |
|
Пунктиром покаван край поглощения в кристалле при 300 К [86] .
336 |
Глава. 8 |
|
но при более |
низких, чем в кристаллическом CdAs2 . |
Наклон |
в области экспоненциального хода на краю поглощения |
составля |
ет 19,2 э В - 1 при 300 К, т. е. имеет приблизительно ту же величину, которая была найдена для многих других аморфных полупро водников (см. табл. 7.4). При температурах ниже комнатной
я, %
80 -
60
40
го
Z 520
45
40
35
30
25
20
15
10
5
О
-5 2 5Z0
45
40
35
30
25
го
15
10
5
О г 5 го
273 см'' |
|
|
h |
197см'' |
|
\ |
\ |
1 |
V |
X |
/ |
^ 0 |
•А |
|
"У'г |
|
|
284 см |
215см' |
|
|
30 |
|
40 |
50 |
60 |
70 |
|
|
|
А, мкм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф и г . 8.41. |
Инфракрасный |
колебательный спектр C d G e A s 2 . |
|
Н а |
кривых для коэффициентов |
отражения |
et и е 2 цифра 1 относится к спектру |
кристал |
|
ла, |
2 — к |
спектру аморфной фа8ы |
[201] . |
|
|
с |
уменьшением |
температуры |
происходит |
параллельный |
сдвиг |
края в сторону более высоких |
энергий с коэффициентом, прибли |
зительно равным 5 |
. 10 - 4 |
э В - К - 1 |
(примерно в 2 раза большим, чем |
в |
кристаллическом |
CdGeAs2 ). При температуре |
выше комнатной |
наклон уменьшается в соответствии с правилом |
Урбаха. |
|
Свойства аморфных полупроводников с тетраэдрической структурой 337
При |
энергиях |
выше примерно 0,8 эВ (а ~ 100 с м - 1 |
) коэф |
фициент |
поглощения следует соотношению |
|
|
|
aim |
= В [ha — Е0)2, |
|
где В ~ |
10* с м ^ - э В ^ и Е0- |
= 0,71 эВ при комнатной температуре. |
Эту величину Е0 |
можно сравнить с удвоенным значением |
энергии |
активации электропроводности порядка 1,20 эВ, которое должно давать нижний предел величины щели подвижности. Большие размеры области локализованных состояний, которые следует предполагать, если исходить из этих цифр, трудно согласовать с высокими значениями предэксноненциального множителя, на блюдаемого для проводимости (см. 7.4).
Уменьшение содержания Ge в аморфном CdGeK As2 немного сдвигает край оптического поглощения к более низким энергиям. Изменение положения края при изменении состава стекол типа CdSiaAs^ CdSbaA^ и CdTla : As2 может быть согласовано с измене нием энергии активации проводимости, показанным на фиг. 8.36 [86].
Инфракрасный колебательный спектр CdGeAs2 был исследован Горюиовой и др. [201] (см. также [564]). На фиг. 8.41 показано, что структура в поглощении, наблюдаемая для кристаллического CdGeAs2 , в стекле почти полностью отсутствует. Эти результаты следует сравнивать с соответствующими результатами для As2 Se3 (см. 7.6.6).
