Электронный транспорт монокристаллического цинкита при нормальном и высоком давлении

Электронный транспорт монокристаллического цинкита при нормальном и высоком давлении

На объемных монокристаллических образцах n-ZnO, выращенных гидротермальным методом, с концентрацией электронов 10¹³−10¹⁷ cm⁻³ измерены электропроводность σ и коэффициент Холла RH при атмосферном давлении в интервале температур 77−400 K и гидростатическом давлении до P = 7 GPa при 300 K. Установлено,...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2005
Hauptverfasser: Арсланов, Р.К., Гаджиалиев, М.М., Даунов, М.И., Кортунова, Е.В., Хохлачев, П.П., Шванский, П.П.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2005
Schriftenreihe:Физика и техника высоких давлений
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70138
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Электронный транспорт монокристаллического цинкита при нормальном и высоком давлении / Р.К. Арсланов, М.М. Гаджиалиев, М.И. Даунов, Е.В. Кортунова, П.П. Хохлачев, П.П. Шванский // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 2. — С. 56-60. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70138
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-701382025-02-09T14:37:07Z Электронный транспорт монокристаллического цинкита при нормальном и высоком давлении Електронний транспорт монокристалічного цинкіту при нормальному та високому тисках Electronic transport monocrystal ZnO at normal and a high pressure Арсланов, Р.К. Гаджиалиев, М.М. Даунов, М.И. Кортунова, Е.В. Хохлачев, П.П. Шванский, П.П. На объемных монокристаллических образцах n-ZnO, выращенных гидротермальным методом, с концентрацией электронов 10¹³−10¹⁷ cm⁻³ измерены электропроводность σ и коэффициент Холла RH при атмосферном давлении в интервале температур 77−400 K и гидростатическом давлении до P = 7 GPa при 300 K. Установлено, что характер кинетических свойств оксида цинка определяется мелким водородоподобным донором, энергия ионизации которого Ed = (0.052 − 2.76·10⁻⁸Nd¹/³ + 0.005P) eV. On bulk crystal samples n-ZnO, grown up by a hydrothermal method, with concentration of electron 10¹³−10¹⁷ cm⁻³ are measured conductivity σ and coefficient of Hall RH at atmospheric pressure an interval of temperatures 77−400 K and hydrostatic pressure up to P = 7 GPa under 300 K. It is established, that character of kinetic properties oxide zinc is defined shallow hydrogen-like by the donor energy of ionization that Ed = (0.052−2.76·10⁻⁸Nd¹/³ + 0.005P) eV. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 02-02-17888). 2005 Article Электронный транспорт монокристаллического цинкита при нормальном и высоком давлении / Р.К. Арсланов, М.М. Гаджиалиев, М.И. Даунов, Е.В. Кортунова, П.П. Хохлачев, П.П. Шванский // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 2. — С. 56-60. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 72.20.−i https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70138 ru Физика и техника высоких давлений application/pdf Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description На объемных монокристаллических образцах n-ZnO, выращенных гидротермальным методом, с концентрацией электронов 10¹³−10¹⁷ cm⁻³ измерены электропроводность σ и коэффициент Холла RH при атмосферном давлении в интервале температур 77−400 K и гидростатическом давлении до P = 7 GPa при 300 K. Установлено, что характер кинетических свойств оксида цинка определяется мелким водородоподобным донором, энергия ионизации которого Ed = (0.052 − 2.76·10⁻⁸Nd¹/³ + 0.005P) eV.
format Article
author Арсланов, Р.К.
Гаджиалиев, М.М.
Даунов, М.И.
Кортунова, Е.В.
Хохлачев, П.П.
Шванский, П.П.
spellingShingle Арсланов, Р.К.
Гаджиалиев, М.М.
Даунов, М.И.
Кортунова, Е.В.
Хохлачев, П.П.
Шванский, П.П.
Электронный транспорт монокристаллического цинкита при нормальном и высоком давлении
Физика и техника высоких давлений
author_facet Арсланов, Р.К.
Гаджиалиев, М.М.
Даунов, М.И.
Кортунова, Е.В.
Хохлачев, П.П.
Шванский, П.П.
author_sort Арсланов, Р.К.
title Электронный транспорт монокристаллического цинкита при нормальном и высоком давлении
title_short Электронный транспорт монокристаллического цинкита при нормальном и высоком давлении
title_full Электронный транспорт монокристаллического цинкита при нормальном и высоком давлении
title_fullStr Электронный транспорт монокристаллического цинкита при нормальном и высоком давлении
title_full_unstemmed Электронный транспорт монокристаллического цинкита при нормальном и высоком давлении
title_sort электронный транспорт монокристаллического цинкита при нормальном и высоком давлении
publisher Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate 2005
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70138
citation_txt Электронный транспорт монокристаллического цинкита при нормальном и высоком давлении / Р.К. Арсланов, М.М. Гаджиалиев, М.И. Даунов, Е.В. Кортунова, П.П. Хохлачев, П.П. Шванский // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 2. — С. 56-60. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv AT arslanovrk élektronnyjtransportmonokristalličeskogocinkitaprinormalʹnomivysokomdavlenii
AT gadžialievmm élektronnyjtransportmonokristalličeskogocinkitaprinormalʹnomivysokomdavlenii
AT daunovmi élektronnyjtransportmonokristalličeskogocinkitaprinormalʹnomivysokomdavlenii
AT kortunovaev élektronnyjtransportmonokristalličeskogocinkitaprinormalʹnomivysokomdavlenii
AT hohlačevpp élektronnyjtransportmonokristalličeskogocinkitaprinormalʹnomivysokomdavlenii
AT švanskijpp élektronnyjtransportmonokristalličeskogocinkitaprinormalʹnomivysokomdavlenii
AT arslanovrk elektronnijtransportmonokristalíčnogocinkítuprinormalʹnomutavisokomutiskah
AT gadžialievmm elektronnijtransportmonokristalíčnogocinkítuprinormalʹnomutavisokomutiskah
AT daunovmi elektronnijtransportmonokristalíčnogocinkítuprinormalʹnomutavisokomutiskah
AT kortunovaev elektronnijtransportmonokristalíčnogocinkítuprinormalʹnomutavisokomutiskah
AT hohlačevpp elektronnijtransportmonokristalíčnogocinkítuprinormalʹnomutavisokomutiskah
AT švanskijpp elektronnijtransportmonokristalíčnogocinkítuprinormalʹnomutavisokomutiskah
AT arslanovrk electronictransportmonocrystalznoatnormalandahighpressure
AT gadžialievmm electronictransportmonocrystalznoatnormalandahighpressure
AT daunovmi electronictransportmonocrystalznoatnormalandahighpressure
AT kortunovaev electronictransportmonocrystalznoatnormalandahighpressure
AT hohlačevpp electronictransportmonocrystalznoatnormalandahighpressure
AT švanskijpp electronictransportmonocrystalznoatnormalandahighpressure
first_indexed 2025-11-26T23:28:37Z
last_indexed 2025-11-26T23:28:37Z
_version_ 1849897484556435456
fulltext Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 2 56 PACS: 72.20.−i Р.К. Арсланов1, М.М. Гаджиалиев1, М.И. Даунов1, Е.В. Кортунова2, П.П. Хохлачев1, П.П. Шванский2 ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ЦИНКИТА ПРИ НОРМАЛЬНОМ И ВЫСОКОМ ДАВЛЕНИИ 1Институт физики Дагестанского научного центра РАН ул. Ярагского, 94, г. Махачкала, 367003, Россия E-mail: fvd@xtreem.ru 2Всесоюзный научно-исследовательский институт синтеза минерального сырья г. Александров, Владимирская обл. На объемных монокристаллических образцах n-ZnO, выращенных гидротермальным методом, с концентрацией электронов 1013−1017 cm−3 измерены электропроводность σ и коэффициент Холла RH при атмосферном давлении в интервале температур 77−400 K и гидростатическом давлении до P = 7 GPa при 300 K. Установлено, что характер кинетических свойств оксида цинка определяется мелким водородоподоб- ным донором, энергия ионизации которого Ed = (0.052 − 2.76·10−8Nd 1/3 + 0.005P) eV. 1. Введение Наметившийся в последние годы прогресс в росте кристаллов ZnO и их уникальные физические характеристики (высокое значение коэффициента электромеханической связи, большая ширина запрещенной зоны, люминес- центные свойства, радиационная стойкость и др.) [1] делают актуальным ис- следования электронного спектра и транспорта в этом соединении. Тем не менее данных о кинетических явлениях, полученных на объемных кристал- лах, недостаточно. Следует отметить противоречивость приводимых в лите- ратуре величин зонных параметров [1−3]. В частности, значение эффектив- ной массы электронов варьирует от 0.06m0 до 0.5m0, барический коэффици- ент ширины запрещенной зоны dEg/dP − от 6 до 20 meV. 2. Экспериментальные результаты и их обсуждение В интервале температур 77−400 K на объемных кристаллах n-ZnO с кон- центрацией примесей 1017−1018 cm−3 измерены кинетические коэффициен- ты: электропроводность σ и коэффициент Холла RH при атмосферном и гид- Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 2 57 ростатическом (до P = 7 GPa) давлениях. Методика и техника эксперимента описаны в [4]. Монокристаллы выращены гидротермальным методом [1] в концентрированных растворах щелочей на моноэдрических затравках при температурах кристаллизации 330−350°C, давлении 30−50 MPa и прямом перепаде температур 6−20 градусов между камерами роста и растворения автоклава. Длительность цикла выращивания кристаллов 130−150 d. Основные характеристики некоторых образцов цинкита приведены в таб- лице. Результаты эксперимента представлены на рис. 1, 2. Таблица Коэффициент Холла, холловская подвижность и характеристические параметры образцов n-ZnO RH, cm3/C µH, cm2·V−1·s−1 Образцы 77.4 K 300 K 77.4 K 300 K Nd, 10−18 cm−3 Na, 10−18 cm−3 Ed, meV 2.3 42800 350 142 150 0.20 0.164 35.7 2.2 35400 395 155 130 0.27 0.24 30.8 3.1 5994 91 77 105 0.79 0.59 26.4 Известно [1], что характер кинетических свойств оксида цинка определя- ется мелким водородоподобным донором, уровень энергии которого распо- ложен под дном зоны проводимости на расстоянии Ed ≈ 50 meV при нор- мальном давлении [1]. а б Рис. 1. Температурная зависимость электропроводности (а) и коэффициента Холла (б) образцов ZnO при атмосферном давлении Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 2 58 Температурная зависимость хол- ловской подвижности µH(T) в интер- валах температур 77−120 и 250−400 K указывает на то, что в первом интерва- ле доминирует рассеяние электронов на ионах примеси, а во втором − на колебаниях решетки. По температурной зависимости коэффициента Холла (рис. 1,б) и уравнению электронейтральности n + Na = Nd[1 + β−1exp(εd + η)]−1 (1) определены энергия ионизации донор- ного примесного центра Ed = (0.052 − − 2.76·10−8Nd 1/3) eV и концентрации доноров Nd и компенсирующих ак- цепторов Na (таблица). Здесь εd = = Ea/k0T и η = EF/k0T − приведенные энергии донорного центра Ферми, k0 − постоянная Больцмана. Всестороннее давление вследствие сокращения расстояния между при- месными центрами и соответственно возрастания их концентрации Ni – объ- емно-концентрационный эффект [5] – способствует «металлизации» полу- проводников. Однако в полупроводниках значительно сильнее изменяется эффективный боровский радиус. На рис. 2 приведены барические зависимо- сти коэффициента Холла, удельного сопротивления и холловской подвиж- ности монокристаллического n-ZnO с RH = −25 cm3/C, ρ = 0.16 Ω·cm и µH = = 156 cm2/V·s при T = 300 K. По зависимости RH(P), носящей экспоненциальный характер, выяснено, что этот уровень удаляется от дна зоны проводимости со скоростью ∂Ed/∂P = = 5 meV/GPa. Далее по соотношениям (1)–(5) и по известным значениям [3] Eg(P = 0) = 3.25 eV, ∂Eg/∂P = 0.02 eV/GPa, B = 500 GPa получено (∂χ/∂P)χ−1 = = −0.029. Ed = (0.052 + 0.005P) eV/GPa, (2) m = m(P = 0)[1 + ∆Eg/Eg], (3) ( ) ( ) ( )1 1 12d dE P E P m P m− − −∂ ∂ = − ∂χ ∂ χ + ∂ ∂ , (4) Ni = Ni(P = 0)(1 + PB−1), (5) здесь P – всестороннее давление, m – эффективная масса электронов, χ − ди- электрическая постоянная, B – объемный модуль. Рис. 2. Зависимости нормализованного удельного сопротивления ρ/ρ0 (•), коэф- фициента Холла RH /RH0 (∇) и холловской подвижности µH /µH0 (■) от давления при T = 300 K образца ZnO с RH = −25 cm3/C, ρ = 0.16 Ω·cm и µH = 156 cm2/V·s Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 2 59 Таким образом, при возрастании давления от нормального до P = 1 GPa боровский радиус убывает на 6.6%, в то время как среднее расстояние меж- ду примесными центрами сокращается менее чем на 0.1% (объемно- концентрационный эффект [5]), т.е. имеет место выраженная тенденция к локализации электронов на мелких донорах с ростом давления. Данный эффект особенно сильно проявляется в алмазоподобных прямо- зонных с кейновским законом дисперсии узкозонных полупроводниках n-типа III–V InSb, InAs и II–IV–V2 CdSnAs2, CdGeAs2. В этих полупровод- никах с учетом полученной экспериментально барической зависимости ди- электрической проницаемости χ(P) [6]: ( ) ( ){ }0 0 0 1 g1 d / d / 1 /B B g ga a P P P −  = + ε ε + Θ ε  . (6) Здесь Θ = 0.025 eV/GPa, значок «0» соответствует атмосферному давлению. Согласно (6) в n-InSb, например, при увеличении давления до 1 GPa aB убы- вает в 1.9 раза, пороговая величина концентрации доноров (М) iN перехода металл−диэлектрик (переход Мотта) возрастает в 7 раз, а энергия основного состояния донора − более чем в 2 раза. При определенном уровне легирова- ния и компенсации вследствие эффекта барического «вымораживания» (аналог магнитного «вымораживания») носителей заряда на примесные цен- тры могут наблюдаться фазовый переход металл−диэлектрик и переход от состояния сильного легирования к состоянию слабого легирования. 3. Заключение Выяснено на примере цинкита, что воздействие всестороннего давления, не- смотря на сближение примесных центров, приводит к локализации электронов в прямозонных полупроводниках, т.е. наблюдается специфический эффект ба- рического «вымораживания» электронов (аналог магнитного «выморажива- ния»). Тенденция к локализации электронов с увеличением давления должна быть существеннее в узкозонных прямозонных с Кейновским законом диспер- сии полупроводниках из-за возрастания эффективной массы электронов. Значительно меньшая величина коэффициента давления донорного уров- ня ZnO (5 meV/GPa) в сравнении с барическим коэффициентом ширины за- прещенной зоны (20 meV/GPa [3]) означает, что этот примесный центр явля- ется мелким водородоподобным донором [7,8]. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фунда- ментальных исследований (проект № 02-02-17888). 1. И.П. Кузьмина, В.А. Никитенко, Окись цинка, Наука, Москва (1984). 2. Физико-химические свойства полупроводниковых веществ. Справочник, Наука, Москва (1979). Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 2 60 3. П.Ю.М. Кардона, Основы физики полупроводников, Физматлит, Москва (2002). 4. А.Ю. Моллаев, Р.К. Арсланов, М.И. Даунов, Л.А. Сайпулаева, ФТВД 13, № 1, 29 (2003). 5. М.И. Даунов, А.Б. Магомедов, А.Э. Рамазанова, ФТП 19, 936 (1985). 6. М.И. Даунов, А.Б. Магомедов, А.Э. Рамазанова, Изв. вузов, Физика 29, № 8, 98 (1986). 7. М.И. Даунов, И.К. Камилов, С.Ф. Габибов, ФТП 35, 59 (2001). 8. M.I. Daunov, I.K. Kamilov, S.F. Gabibov, R.Rh. Akchurin, Phys. Status Solidi B223, 529 (2001). R.K. Arslanov, M.M. Gadjialiev, M.I. Daunov, E.B. Kortunova, P.P. Hohlachev, P.P. Shvansky ELECTRONIC TRANSPORT MONOCRYSTAL ZnO AT NORMAL AND A HIGH PRESSURE On bulk crystal samples n-ZnO, grown up by a hydrothermal method, with concentration of electron 1013−1017 cm−3 are measured conductivity σ and coefficient of Hall RH at atmospheric pressure an interval of temperatures 77−400 K and hydrostatic pressure up to P = 7 GPa under 300 K. It is established, that character of kinetic properties oxide zinc is defined shallow hydrogen-like by the donor energy of ionization that Ed = = (0.052−2.76·10−8Nd 1/3 + 0.005P) eV. Fig. 1. The temperature dependence conductivity (а) and coefficient Hall (б) of samples ZnO under atmospheric pressure Fig. 2. Depependeces normalized specific resistance ρ/ρ0 (•), coefficient Hall RH /RH0 (∇) and hall mobility µH /µH0 (■) from pressure at T = 300 K of sample ZnO with RH = –25 cm3/C, ρ = 0.16 Ω⋅cm and µH = 156 cm2/V⋅s На этом завершаем публикацию материалов VIII Международной конференции «Высокие давления – 2004: Фундаментальные и приклад- ные аспекты».

Ähnliche Einträge