Эволюция энергетического спектра арсенида галлия под давлением
При высоком гидростатическом давлении до 9 GPa по результатам измерения удельного электросопротивления ρ и коэффициента Холла RH исследована эволюция энергетического спектра n- и p-GaAs в области междолинных переходов. Результаты интерпретированы на основе простой двухдолинной модели зоны проводимос...
Saved in:
| Published in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2004
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168111 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Эволюция энергетического спектра арсенида галлия под давлением / А.Ю. Моллаев, С.Ф. Габибов, Р.К. Арсланов // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 4. — С. 140-143. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859711985624547328 |
|---|---|
| author | Моллаев, А.Ю. Габибов, С.Ф. Арсланов, Р.К. |
| author_facet | Моллаев, А.Ю. Габибов, С.Ф. Арсланов, Р.К. |
| citation_txt | Эволюция энергетического спектра арсенида галлия под давлением / А.Ю. Моллаев, С.Ф. Габибов, Р.К. Арсланов // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 4. — С. 140-143. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | При высоком гидростатическом давлении до 9 GPa по результатам измерения удельного электросопротивления ρ и коэффициента Холла RH исследована эволюция энергетического спектра n- и p-GaAs в области междолинных переходов. Результаты интерпретированы на основе простой двухдолинной модели зоны проводимости.
According to measurements of the specific resistance ρ and Hall coefficient RH there has been studied an evolution of the energy spectrum of n- and p-GaAs in a region of intervalley transitions at high hydrostatic pressure up to 9 GPa. The results have been interpreted on the basis of a simple two-valley model of the conduction band.
|
| first_indexed | 2025-12-01T05:24:54Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4
140
PACS: 72.20.–i
А.Ю. Моллаев, С.Ф. Габибов, Р.К. Арсланов
ЭВОЛЮЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ
ПОД ДАВЛЕНИЕМ
Институт физики Дагестанского научного центра РАН
ул. М. Ярагского, 94, г. Махачкала, 367003, Россия
E-mail: fvd@xtreem.ru
При высоком гидростатическом давлении до 9 GPa по результатам измерения
удельного электросопротивления ρ и коэффициента Холла RH исследована эволю-
ция энергетического спектра n- и p-GaAs в области междолинных переходов. Ре-
зультаты интерпретированы на основе простой двухдолинной модели зоны прово-
димости.
Арсенид галлия − один из интереснейших полупроводниковых материа-
лов как с научной, так и с практической точек зрения. Вот уже много лет он
интенсивно исследуется во многих ведущих лабораториях мира [1−3]. Одна-
ко n-GaAs изучен при давлениях лишь до 5 GPa [4], а данные по исследова-
нию p-GaAs при гидростатическом давлении нам не известны. Исходя из
вышеизложенного, мы считали целесообразным провести исследования ар-
сенида галлия, легированного различными примесями, при гидростатиче-
ских давлениях до 9 GPa.
Для генерирования давления применяли аппарат высокого давления типа
«плоские наковальни с лункой и тороидальной поддержкой». Методика соз-
дания и измерения всестороннего давления описана в работах [5,6]. Тефло-
новую ампулу с образцом, заполненную жидкостью, вставляли в отверстие
катленитовой прокладки и сжимали двумя твердосплавными пуансонами. В
качестве среды, передающей давление, использовали известную смесь 4:1
метанола и этанола [7] с удовлетворительной степенью гидростатичности до
10 GPa.
Для двух идентичных монокристаллических образцов n-Ge, расположен-
ных в измерительной ячейке взаимно перпендикулярно, с ρ = 1.75 Ω·cm при
300 K проведены измерения ρ в зависимости от давления до 9 GPa. Совпа-
дение измеренных значений удельного сопротивления при фиксированном
давлении в обоих образцах при подъеме и спуске давления свидетельствует
об отсутствии осевых напряжений, наблюдавшихся ранее в диапазоне 4−5 GPa
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4
141
при использовании в качестве среды, передающей давление, n-пентан-
изоамилового спирта [4]. Кроме того, полученные данные о зависимости
R(P) в Ge〈Au〉 с уровнем −2
AuE подтверждают вывод об удовлетворительной
степени гидростатичности давления.
При гидростатическом давлении до 9 GPa одновременно измерены
удельное электросопротивление и коэффициент Холла на монокристалличе-
ских образцах арсенида галлия электронного и дырочного типов: n-GaAs〈Te〉
(рис. 1,а) и p-GaAs〈Zn〉 (рис. 1,б). Измерения проводили в аппаратах высоко-
го давления типа «Тороид» в области комнатных температур и магнитных
полях до H ≤ 5 kOe по методике, описанной в работе [6]. Образцы имели
омические контакты, которые получали путем вплавления чистого индия
высокочастотным нагревом в вакууме.
Удельное сопротивление в образце n-GaAs〈Te〉 до давлений P ≤ 2 GPa
растет слабо, при P > 2 GPa резко возрастает и при P = 4 GPa достигает мак-
симума, увеличиваясь в 50 раз. Далее убывает и при P > 8 GPa выходит на
насыщение. Коэффициент Холла до давлений P ≤ 2 GPa также меняется слабо,
далее резко возрастает, достигает максимума (RHmax/RH0 = 6) при P = 2.2 GPa,
затем убывает и при P > 8 GPa выходит на насыщение.
Известно, что с приложением давления меняется как форма, так и взаимное
расположение энергетических зон. В арсениде галлия наибольшему смещению
подвергается Γ-долина с коэффициентом давления P∂ε∂ Γ = 126 meV/GPa,
L-долина движется с коэффициентом PL ∂ε∂ = 55 meV/GPa, а X-долина
смещается слабо в противоположном направлении с PX ∂ε∂ = −15 meV/GPa
(рис. 2). Вследствие изменения междолинного зазора ∆ε = εΓ − εX от величины
∆ε0 = 0.36 eV при атмосферном давлении происходит перераспределение но-
сителей между центральной и боковой долинами. Суммарная концентрация
электронов n = n1 + n2, а их отношение n1/n2 = (N1/N2)exp(∆/kBT), где kB – по-
стоянная Больцмана, N1 и N2 – эффективные плотности состояний L- и X-долин,
n1 и n2 – концентрации легких и тяжелых электронов соответственно.
а б
Рис. 1. Зависимость от давления приведенного к атмосферному давлению коэффи-
циента Холла и удельного электросопротивления для n-GaAs〈Te〉 (а) и p-GaAs〈Zn〉 (б)
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4
142
Рис. 2. Прогнозируемый эффект влияния давления на прямую и непрямую ширину
запрещенной зоны в GaAs при 300 K в сравнении с экспериментом [1] при 300 K:
− теория, −∗− − эксперимент
Вероятно, слабое возрастание удельного сопротивления до P ≤ 2 GPa обу-
словлено уменьшением подвижности легких электронов в Γ-зоне. Максимум
изменения удельного сопротивления происходит в области ∆ε ≈ kBT. Даль-
нейшее изменение измеренных кинетических коэффициентов обусловлено
перетеканием электронов из Γ-долины в боковую долину.
В p-GaAs〈Zn〉 удельное сопротивление до P ≈ 3.6 GPa возрастает с двумя
разными наклонами, достигает максимума при P ≈ 3.6 GPa, затем резко па-
дает и при P ≥ 4 GPa выходит на насыщение. Знак коэффициента Холла при
P ≈ 1 GPa инвертирует. При P ≈ 3.1 GPa он достигает максимума и выходит
на насыщение при P > 4 GPa. Из-за отсутствия сведений о примесном энер-
гетическом спектре электронов p-GaAs〈Zn〉 при атмосферном давлении про-
веден лишь качественный анализ экспериментальных результатов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фунда-
ментальных исследований (проект № 02–02–17888).
1. H. Unlu, Phys. Status Solidi B223, 195 (2000).
2. E.E. Haller, L. Hsu, J.A Wolk, Phys. Status Solidi B198, 153 (1996).
3. J.Z. Jiang, J. Staun Olsen, L. Gerward, S. Steenstrup, High Pressure Research 22,
395 (2002).
4. А. Джайяраман, Б. Косицкий, Тр. IX Межд. конф. полупр., Москва, 1, 51 (1968).
5. L.G. Khvostantsev, V.A. Sidorov, Phys. Status Solidi A64, 379 (1981).
Физика и техника высоких давлений 2004, том 14, № 4
143
6. А.Ю. Моллаев, Л.А. Сайпулаева, Р.К. Арсланов, С.Ф. Маренкин, Неорганические
материалы 37, 405 (2001).
7. G.J. Piermarini, S. Block, J.D. Barnett, J. Appl. Phys. 44, 5377 (1973).
A.Yu. Mollayev, S.F. Gabibov, R.K. Arslanov
AN EVOLUTION OF THE ENERGY SPECTRUM OF GaAs
UNDER PRESSURE
According to measurements of the specific resistance ρ and Hall coefficient RH there has
been studied an evolution of the energy spectrum of n- and p-GaAs in a region of inter-
valley transitions at high hydrostatic pressure up to 9 GPa. The results have been inter-
preted on the basis of a simple two-valley model of the conduction band.
Fig. 1. Pressure dependence of Hall coefficient and specific resistance normalized to at-
mospheric pressure for n-GaAs〈Te〉 (а) and p-GaAs〈Zn〉 (б)
Fig. 2. Predicted pressure effects on the direct and indirect band gaps of GaAs at 300 K,
compared with experiment [1] at 300 K: − theory, −∗− − experiment
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-168111 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T05:24:54Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Моллаев, А.Ю. Габибов, С.Ф. Арсланов, Р.К. 2020-04-21T19:11:10Z 2020-04-21T19:11:10Z 2004 Эволюция энергетического спектра арсенида галлия под давлением / А.Ю. Моллаев, С.Ф. Габибов, Р.К. Арсланов // Физика и техника высоких давлений. — 2004. — Т. 14, № 4. — С. 140-143. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 72.20.–i https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168111 При высоком гидростатическом давлении до 9 GPa по результатам измерения удельного электросопротивления ρ и коэффициента Холла RH исследована эволюция энергетического спектра n- и p-GaAs в области междолинных переходов. Результаты интерпретированы на основе простой двухдолинной модели зоны проводимости. According to measurements of the specific resistance ρ and Hall coefficient RH there has been studied an evolution of the energy spectrum of n- and p-GaAs in a region of intervalley transitions at high hydrostatic pressure up to 9 GPa. The results have been interpreted on the basis of a simple two-valley model of the conduction band. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 02–02–17888). ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Эволюция энергетического спектра арсенида галлия под давлением Еволюція енергетичного спектра арсеніду галію під тиском An evolution of the energy spectrum of GaAs under pressure Article published earlier |
| spellingShingle | Эволюция энергетического спектра арсенида галлия под давлением Моллаев, А.Ю. Габибов, С.Ф. Арсланов, Р.К. |
| title | Эволюция энергетического спектра арсенида галлия под давлением |
| title_alt | Еволюція енергетичного спектра арсеніду галію під тиском An evolution of the energy spectrum of GaAs under pressure |
| title_full | Эволюция энергетического спектра арсенида галлия под давлением |
| title_fullStr | Эволюция энергетического спектра арсенида галлия под давлением |
| title_full_unstemmed | Эволюция энергетического спектра арсенида галлия под давлением |
| title_short | Эволюция энергетического спектра арсенида галлия под давлением |
| title_sort | эволюция энергетического спектра арсенида галлия под давлением |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168111 |
| work_keys_str_mv | AT mollaevaû évolûciâénergetičeskogospektraarsenidagalliâpoddavleniem AT gabibovsf évolûciâénergetičeskogospektraarsenidagalliâpoddavleniem AT arslanovrk évolûciâénergetičeskogospektraarsenidagalliâpoddavleniem AT mollaevaû evolûcíâenergetičnogospektraarsenídugalíûpídtiskom AT gabibovsf evolûcíâenergetičnogospektraarsenídugalíûpídtiskom AT arslanovrk evolûcíâenergetičnogospektraarsenídugalíûpídtiskom AT mollaevaû anevolutionoftheenergyspectrumofgaasunderpressure AT gabibovsf anevolutionoftheenergyspectrumofgaasunderpressure AT arslanovrk anevolutionoftheenergyspectrumofgaasunderpressure |