Спектр основных примесных состояний меди в кристаллах твердых растворов германий-кремний тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ОРДЕНА ДРУЖПЫ НАРОДОВ АКАДЕМИЯ НАУК АЗЕРБАЙДЖАНА

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ

На 1ц>;и«ак рукописи

МИР-ВАГИРОВ ВЛАДИСЛАВ ВЛАДИСЛАНОНИМ

УДК 621.315 592

СПЕКТР ОСНОВНЫХ ПР1 ИЕСН:ЛХ СОСТОЯНИЙ МЕДИ В КРИСТАЛЛАХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ГЕРМАННИ-КРЕМНИ Й.

(01.04.1 0. - фшпка полупроводников и диэлектриков) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических паук

Ол к у — 1992

Работ выполнена в ордена Трудового Красногс Знамени Институте Физики АН Азербайджана

Научный руководитель - доктор физико-математических наук

Г.Х.Аждаров.

Официальныедапоненты - доктор физико-математических наук

академик АН Азербайджана М.И.Алиев доктор физико-математических наук прс.^ессор В.И.Тагиров

Ведущая организация' - Сектор Радиационных Иссле^ваний

АН Азербайджана

Защита состоится " _ 1992 г.

в " " часов на заседании Специализированного Совета Д - GQ4.04.01. по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при ордена Трудового Красного Знамени Института физики АН Азербайджана {370 143, г.Баку - 143, проспект Азизбекова, 33)'

О диссертацией можно .познакомиться в библиотеке Института физики АН Азербайджана

Автореферат разослан " " _ 1992 г.

УчешЙ секретарь Специализированного совета доктор физико-математических

наук,профессор р.Б.Шафизвде

ОНДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ШЗ(ЯН

Актуальность теш. Одним из ввжкых н£"трвелэний 4 физике полуправод тягов является изучение Бнергет,гческого спектрв примесных состояний е кристалла* твердых растворов. Актуальность этих исследований обусловлена возможностью непрерывного изменения параметров примесных центров и электронных свойств квтрицк путем изменения состава кристалла, что позволяет получить материалы с широка диапазоном характеристик, пригодных для создания приборов различного функционального назначения.С другой стороны результат м этих исследований в р"це случаев позволяют идентифицировать наблюдаемые экспериментальные данные, как в составных ксчонентах, так и в самих твердых растворах к объясняет причины различного поведения одной и той же примеси в матрицах компонентов . Наконец, изучена явления уширения различии • состояний глубоких центров в твердых растворах.обусловленного хаотическим распределением компонентов в решетке кристалла, позволяет оценить величину такого важного параметра квк радиус волновой функции "лектрочз (дырки) глубокого центра. Интерес к перечисленным особенностям поведения примесных центров в твердых растворах определяется,тек же, отсутствием микроскопической теории ГПЦ в полупроводники.

В ряда полупроводниковых твердых растворов особое место зьнима-• ет система германий-кремний, составные компоненты которой лед ■ й-основе современной микро- и оптоэлехтрокики. Энергетический спектр примесных состояний в кристаллах Ge1 sSi изучался в ряде работ.Исследования проводились, в основном, в гермайиеподобных соста&ах (до 15ат% Si) дно зонн^ проводимости которых определяется долинами н нш-равлекиях ¡1111, как и j германии. Вопросы связанные с уцжрйкием примесных состояний ГЩ в этих работах не рассматривались.Настоящая. работа посвящена изучении энергетического спектра йкдегорных. состоя-' ний земещэмцих. атомов меди Сиа в составах куистеллся С-й1 ¿Ly п со-

держанием В1 до ЗОетЖ, охаатыааыщх германние - и кремннеподооные аошше структуры крирталлов. Интерес к выбору приме си меди определился мульткалетностью создаваемых им глубоких уроиней ь Ое и 31, различием в краткости ее возможных зарядовых состояний в мятериыл-в также с относительно большой ее растворимостью и простои технологией управляемого легирования кристаллов Ое1. медью "рецизи-онным диффузионным методом.

' Известно, что ¿амещашцие агош меди в Уе создают три глубоких акцепторных, уровня расположенных в запрещенной зоне на расстояниях: Е^+0,04 эВ; £ +0,33 эВ. и Ес~0,26 эВ. Тршлеткое акцепторное поведение Си0в Се объясняется на основа модели г.^траэдрмческик краале-нтных связей. В отличие от Ое в легированном медью обнаружены два глубоких уровня: акцепт орнш-Еу+С!,43зВ и донорщяЫуШ,. 4эВ. Предполагается,что эти уровни в 51 относятся скорее к выпаЕшен.чем растворенной примеси Мбда.

Несомненна последователь»"^ изучение характера изменения акцепторных состояний р твердых растворах йе1 с изменением состава кристалла, вопросов связанных с расщеплением этих состояний,обладающих различной степенью локализации волновых функций,причины различного поведения меда в йе и Б! и анализ полученных данных в свете существующих представлений о глубоких примесных центрах будут способствовать развитию представлении о поведении и электронных свойствах примесных центров как в твердых растворах, так и н простых-полупроводниках . ®

Целью настоящей ;.вботи явилось установление особенностей и закономерностей изменения энергетического спектра основных примесных состояний и кратности возможных зарядовых состоянии замечающих атомов кеда в германие - и крешлеподобных кристаллах твердых растворов ив. ь зависимости от составь, а т гже в ?1.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следукл^ие

основные задачи:

1. Разработать методики получения однородных кристаллов ^е,^

с содержанием 31 по 30ат% с электронной и дырочной проводимостью, ооуслсвленной мелкими акцепторный к донорными центрами с концентрацией 10* 4+101?см~3. Определить оптимальные- рекимы дгифруяи онного прецизионного легирования кристаллов медью, обеспечивякхцие выявление и определение энергии связи примесных уровней меди в эксперимента?. по температурной зависимости Я и о

2. Исследовать температурные зависимости Н л Т электронных и

о

дырочных кристаллов Це1__в ш "•ервале 60-350 Н.

3. Определить холл-факгор электронов и дырок в кристаллах Се,^ различного состава и с концентрацией примеси 11)м+10'?см'3 в интервале 60-3„а°К.

4. Определить эффективные усредненные) значен "я энергии связи акцепторных уровней меди в кристаллах с содержанием кремния до 30ат% из . дашх температурной зависимости гальвакомв. нитннл. параметров.

•Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов л списка литературы.

Первая глава посвящена обзору и анализу основных литературных данных по исследовании глубоких примесных центров в _германии, крем-• нии и их твердых растворах. Кратко излагается состояний теори. глу-ооких примесных центров в полупроводниках. Приведены данные хярг**тв-ризувдие кристаллическую и энергетическую яокную структура этих по-лупроводтшов и их особенности.

Во второй глава представлены результаты исследования, направленные на разработку методик получения однородных кристаллов Ое, х с содержанием 81 дй 30а с электронной и дырочной провоА.»'.оатьв <\ легирования их медь» диффузионным прецизионным методом. Излскенн методики измерения гальваномагнитннх с^ойсте и интервале 60-350°Н.

13 третьей главе освещены результаты изучения энергетического

спектра 'основных состояний Сиз в кристаллах Ge r Six и Qe и их ьле-ктрическкх свойств. Проведен анализ полученных результатов и закономерностей" в свете существующих теории к представлений o¿ электронных свойствах легиронынтшк полупроводниковых твердых растворов.

Научная новизна. На основе экспериментальных. исследований тем-•пературной зависимости гальваномагвдтных и электротранспортах параметров кристаллов с электронной и дырочной проводимостью, легирова-шшх медьзз установлен энергетический сяекгр осно-'.-шх акцепторных состояний аамещавдих атомов меди в гермашге - и кремкиенодооаых составах твердых растворов Si^.Установлено', расщепление примесных, уровней меда в кристаллах, обусловленное хаотическим распределением компонентов в матрице.Определены закономерности изменения усредненной анергии связи акцепторных уровней меди с составом гтисталла, в также кратности аозмоюшх зарядовых состояний Си в твердых растворах Si i! в -кремами. Проведен вяалкз результатов в свете существующих подставлений с учетом особенностей энергетической зонной структуры кристаллов. Научные положения выносимые на защиту.

1 .Характер изменения энергетического спектра основных примесшх состояний и кратность возможных зарядовых состояний üu„ в гермьние- и крешиеподобних кристаллах 0е( __ Si3 с составом согласуются с представлениями моделей виртуального кристалла для ТЕ-эрдцх растворов и ковалентных, и тетраэдрических CEsaefi для.примесей замещения.

2. Уширение вкцэпторни.. урозлей Cug в ..ристаллах S-L обусловлено хаотическим pací.;делением компонентов в матрице.

3. Усредненные аначенил энергии связи акцепторных уровней 0иа растут линейно с содерлишем крзмщш в кристалле и описываются соотношениями: ь* + (0,04+0,27?.)аВ;е*,=К + (0,03*J,4üx)эН;

s* =E4(0,50i-0, бОзс)аВ.

3

Зам&щаадае атомы'меда в кремний являются трехаригньш акцептора-

ми, как и в германии Энергии связи акцепторных уровней Си в Б1 сле-дустцего порядка: Ет+0,ЗэВ; Ес-0,4эВ; Ес~0,1эВ.

5. Хдлл-фякторн электронов и дарок • гермвние и кремшеподобннх кристаллах с концентрацией приме-ных центров 1 и1 "'+101?см"3 в области температур вО-ЗЗД°К лежат в интервала 0,9*1,1 и 1,05+1,3, соответственно .

6. Хэряктэр изменения подвижноегя электронов и дарок в кристаллах в«, с изменение^ Г и состава определяемся рассеянием носителей заряда на фонанах, беспорядках сплава, ионах примени и особенностями зонной структуры твердых растворов.

7. Разработанные методики получения кристеллов Ке^ 31х выращиванием из большого объема и подпитыванием расплава кремнием,э также прецизионного легирования материала медью, обеспечивают однородность распределения компонентов и примеси.

Практическая значимость работы. Установленные закономерности изменения энергетического спектра акцепторных состояний меди а кристаллах Се1 '81 с изменением состава поквзовают на перспективности использования этих материалов в качестве активного элемента в приемниках излучении, годных к использованию в ближней, средней и длишоволновой областях инфракрасного спектра. Б частности в кристаллах с активным никним уровнем Сиэ максимум спектральной чувствительности,при соответствующих составах, лежит в весьма важной с практической т>_. ли зрения ооласти длин волн, соответствующей одному из атмосферных окон прозрачности (У,5-13,5 мкм).

Изменение энергетического интервала между акцепторными уровням Си,, и границами запрещенной зоны Се, Б! „ изменением состава дает возможность создания как селективных, так и варизонных фотоэлектрических преобразователей с широким диапазоном характеристик.

Полученные данные по холл-фактору электронных, и цирочннд кркс-

таллоп в гермаиие- кремнмеподобных твердых растворах неосхада« при

?

определении ряда важных параметров примесных центров таких как, концентрация, энергия активации, степень компенсации, фактор вырождения и т.п.

Разработанные методики получения однородных твердах растворов Ge, SiK и управляемого легирования медью могут быть использованы в соответствующих центрах полупроводникового материаловедения. Апробация работы. Основные результаты исследований обсуждались на VII и VIII Всесоюзных координационных совещаниях по исследованию и применению сплавов германий- кремний (Баку, 1988г; Ташкент, 19Э1г); Ha V Всесоюзном совещаний по материаловедению- и физико-химическим, основам получения легированных монокристаллов кремния (Москва, 1990 г) и семинарах Института физики Академии Наук Азербайджана. Структура и обгем работы. • Диссертация состоит из введения., трех глав, выводов и списке литературы. Основное содержание изложено на страницах. Список литературы включает 100 наименований.

, Содерг^ние работы

Во введении обосноаана актуальность темы диссертации, сформулирована цель и новизна работы, научная и практическая значимость получешшх результатов, в также изложены основные положения, Еыносимые на защиту.

В первой главе приведены данные, характеризующие кристаллическую и зонную структуры германия, кремния и их твердах растворов. Составлен краткий обзор литературных данных по изучению энергетического спектра глубоких примесных центров в ^тих материалах. Охарактеризовано состояние теории глубоких примесных центров в полупроводниках. Приведен анеиз соответствующих литературных данных.

Во второй главе представлены результаты исследований, направлен-

€

них и разработку методик получения кристаллов (¡« 31 и«,0,3) с равномернцм распределением компонентов и легирования их медью,а также мелкими донорнши центрами. Изложенные методики измерения гальваномагнитных свойств кристаллов в интервале 60-350°К.

Твердый растворы германий-кремний с содержанием кремния до 30 вт% получались методом подпитки расплава вторым компонентом (51) и выращиванием из Оолыюго объема. В основе выбoí а оптимальных условий роста кристалла с 'определенным составом при использовании метода подпитки лежат следующие соотношения, полученные е работе в пфановс-ком приближении:

где Скр - концентрация атомов Si в твердом растворе; К - коэффициент сегрегации' кремтш в германии; г - время , у - соотношение скоростей кристаллизации и подпитки расплава; V0 - начальный объем расплава из первого компонента; Vk - объем расплава кристаллизующегося в единицу времени; G' - содержание кремния"в однородной часта слитка.

Все кристаллы системы Ge-Si, выращенные используемыми методами ооладавт дырочной проводимостью,обусловленной неконтролируемыми мелкими акцепторными центрами о концентрацией ~1Q1<t+1Q15 см"3. Для получения кристаллов с электронной проводимостью производилось легирование материна сурьмой, являющейся мелкой донорной примесью.-Наиболее эффективным путем аффективного легирования этой иримесыо, как

к

показал! результаты експерименга, ньляегся введение этой примаси в процесс выращивания из большого ооьема. Отметим, что основная чьель кристаллов _х312 с содержанием до 30 атЯ Сила получона именно этим методом, учитывая его относительную простоту. При этом удается получить однородные кристаллы, состоящее иа атделышх^ монокрист аллп-. . чезких блоков.

Однородность кристаллов и лх состин определялись по удельному весу различных частей вьрац«шых слитков. /

Примесь меди вводилась в образцы с походной электронной илл дырочной проводимостью методом диффузионного прецизионного легирования.

Исследование гальваномагнитних характеристик кристаллов производились и использованием криостатв, позволяющего вести ..з.чер-нии в . интервале 60-350°К. Измерение коэф!нциента Холла Н и £Яё£ропроводн- ■ -сти а образцов производилась цифроЕгми электронными ьолышетрьш типа ВК-2-20, В7-21 и т.д.

Н третьей главе приводятся результаты исследовании аньргетичьи-кого спектра основных акцепторных состояний меди в кристаллах Се^ Учитывая, что спектр определялся на основе измерении 'К и

о, то в этой же глазе представлены данные по изучению лолл-фактора г электронных и дырочных кристаллов.

Холл-фактор свободных носителей заряда, определяемых как отношение холлоаской к омической подеикности является одним из фундаментальных параметров пол^цгаво'дникв. В "ысих полупроводниках как О"- и в вввшьдюоти от механизма рассеивания носителей зарядов, степени выроадения электронной системы, напряженности магнитного поля и температуры г, согласно литературным данным может меняться от .«0,0 до о.2,6. Поэтому неправильный учет этого параметра может привести к оу-щас\ь8нньм ошибкам. Экспериментальные шчени ■ I' для электронных и

дырочных кристаллов определялись как отношение коэффициента Холла при слабых (0,3-*-3,0 кЭ) и сильных (40 кЭ при Т=130°Ю магнитных по-^ лях, В экспериментах использовались кристаллы, электропроводность которых обеспечивалась мелкими акцепторными или донорннми центрами, концентрация которых оставалась неизменной в исследованной области температур. На основе полученных данных установлено, что значение г для дырочных кристаллов с содержанием кремния до 30 ат% и концентра-ц'Л'Л примесных центров порядка 1014+1016 см-3 лежат в интервале ,■1,05+1,3 в области Т от 60 до 350°К и значительно ниже теоретически как и в германии. При доминировании рассеяния на колебаниях решетки.Холл-фактор электронов в этих не составах и концентрациях примесей и области Т составляет 1,1 ±0,1. Установлено, что при доминировании рассеяния электронов на колебаниях решетки и беспорядках сплава .значение г удовлетворительно описывается теорией как для германце- и кремниеподобных составов, так и кристаллов с двумя типами долин, формирующими дно зоны проводимости.

Легирование кристаллов Се1 _31 медью диффузионным методом приводит к необходимости изучения влияния термической обработки' на электронные свойства этих материалов.Влияние термической-обработки изучалось в интервале 700-950 °с, при котором производилось легирование кристаллов'медьи, исходя из значений растворимости ее и скорости диффузии. Время отжига кристаллов с различной концентрацией мелких ак-

о

цепторных и донорных центров составляла от 20 часов при 700 0 до 3 часов при 950°0. На осноей анализа экспериментальных данных большого рядя образцов показано, что в результате отжига образцов в кварцевых ампулах в вакууме возникают влектроактивные центры акцепторного ха-ряктера с концентрацией "Ю^-Ю1 лсм ~3. На основе анализа литературных данных по термоооработке Се, и их твердых растворов, а также данных, полученных в настоящей работе предполагается, что и ти- центры

обусловлены быстродиф£ундирущими примесями (в частности, медыи), прошшвющиш в-образцы из объема кварцеЕой трубки через поверхность соприкосновения в процессе отжига. Для предотвращения непосредственного контакта образцов с кварцеЕой випулой, они помещались в контей-?р из спектрально чистого графита, который вставлялся в кьарцевун ампулу, как показали результаты экспериментов, такая изоляция образцов Ga _ Si^ приводит к тому, что термическая обработка практически • не влияет на электрические свойства кристаллов.- Это обстоятельство делает целесообразным проведение экспериментов по диффузному легированию образцов именно в этих условиях. Анализ хода кривых Я и о от температуры для различных образцов Ge^^Si^ легированных медею производился с учетом трехкратного -акцепторного поведения этой примеси в германии. Все кристаллы, обладающие до легирования медью дырочной проводимостью, обусловленной мелкими акцепторными центрами, после легирования медью не. изменяли тип проводимости и в них обнаруживался первый акцепторный уровень меди. В кристаллах с неходкий электронной проводимостью (iuIO101бсм "3) после легирования медью при различ-■ шх температурах отжига были реализованы различные варианты, в которых имели место следующие соотношения между концентрациям мелких доноров KD и Cua: I - ND<liCu; II - N^V^W 111 ~ 2S^V3Scu'' IV - Nd>3NCu. Первые два варианта отвечают кристаллам, к--торне оола-дают дырочной проводимостью, и в них проявляются первое и второе ак-' цепторные состояния меда. При реализации в образцах III и IV вариантов они обладают электронной провод,шостью, связанной с ионизацией третьего акцепторного состояния меди и мелких донорных центров.

Количественный анализ температурных зависимостей концентрации свободных электронов или дырок в кристаллах, в которых проявляется определенный уровень меди, производился на основании соответствующих уравнений влектронейтрально'-та.Концентрация свободных носителей рас-

считЫЕ^лась из данных й и холл-фактора.

Результата анализа экспериментальных дйншх оольшого набора образцов Се1 с различной степенью компенсации акцепторниу, ;роаней Сид в каждом из исследованных составов кристаллов показывают следующие особенности? анергия активации уровней 0ид растет с увеличением степени их компенсации; температурные зависимости свободных носителей заряда, связанные с ионизацией соответствующего уровня ииз, не описываются в рамках локального уровня с определенно!* енергией ионизации. Эти осооенцости косвенно свидетельствуют о размытии (расщеплении) уровней в пределах определенного энергетического интервала в запрещенной зоне кристаллов. Для демонстрации этого на рис.1,, для примера, представлены результаты сравнения расчетных кривых р от Т с экспериментальными для образца с 15,а атй 31.

До легирования медью образец обладал дырочной проводимостью с Ыа = 6,1014см""3. Здесь в области низких Т провода',ость обусловлена в основном-,' мелкими акцепторными ■ центрами,, играющими роль шунтирующих центров первого акцепторного уровня меди АЕ1. Рост р с повышением Т связан с заполнением этого уровня, который при дальнейшем увеличении Т насыщается. Расчетные криЕые (1) и (3) построены с использованием значений АЕ , полученных из данных р, близких к Области истощения и насыщения уровня меда, соответственно. Кривая 12) отвечает значен»« дь; , рассчитанному из данных р в области промежуточных Т, где ионизировано примерно 1/2 часть уровней Си2. Анализ характера расхождения между экспериментальными и расчетными данными р от I показыЕь*г на расщепление уровней Сид в кристаллах Се, Э1х. В Се такое'расщепление практически не имеет места и ход р от 1 удовлетворительно описывается в рамках локального уровня с АЕ *0,04эВ. В рассматриваемом примере различие в АЕ,, вычисленных при низких и. ьысоких Т, составляет *1036 и равно ~ О.ООаэВ.

to'/г'К

Рис,1. Экспериментальная (точки) й теоретические (сплошные линии) зависимости lg р от 103/Т для кристалла Ge-Si о 15 атй 31, легированного медью. Кривые 1, 2, 3 соответствуют энергии активации первого уровня примеси - 0,076; о,оа и о,оз4 вв.

Расщепление примесных уровней в кристаллах Ge1:tSi„ имеет место и в случае второго и третьего акцепторных состояний меди и носит общий характер. Аналогичное явление наблюдалось Оамуэлсоном и др. и в твердых растворах A3BS, легированных глубокими примесными центрами и объясняется следукщим образом. Волновые функции глубоких центров локализованы в непосредственной близости от этого центра и охватывают относительно небольшие объемы кристаллов. Эти объемы в силу хаотического распределения компонентов в решетке кристалла будут различаться друг от друга то составу. Поскольку ,величина ¿E глубоких уровней, в основном, зависит от композиции ближайшего окружения примеси, в котором волновая функцдя примеси отлична от нуля, то вместо локаль-

и

ншс уровней с одинаковой АЕ, отвечающих энергии активации центра в простом полупроводнике, в твердых растворах Оудет иметь место размытие этих уровней в зону.

Как видно из рис.1, кривая соответствующая значению ,

рассчитанному из данных р в области промежуточных Т, неиоолее олизка к экспериментальному ходу р от 'Г и это значение,очевидно .монет оыть принято за среднее значение А£ в кристалле с ат.% а1. Аналогичным сравнением экспериментальных и расчетных кривых р от Т были определены средние значения энергии связи второго &Ег и третьего АЕ3 акцепторных состояний Си в кристаллах. Результаты исследовании показывают, что усредненное значение энергии связи всех трех акцепторных уровней меди к кристаллах изменяются практически линейно с изменением х кремния и описываются следующими соотношениями:

а«

ч£ +0,2'<'Х)(эЬ)

Си V 4 Си ^ ' > \ г

еСи "К +0'4Х', (йБ)

Здесь е^ , е'сг® , е^ - энергия связи первого, второго и третьего уровней меди в германии, равные соответственно 0,04 зй, 0,33 эВ, и,50 эВ (отсчет всех уровней от потолка валентной зоны).

Согласно соотношениям (2) энергия вктивации акцепторных уровней Сиз в кремнии составляет 1^+0,31эВ; Е +0,73эВ; Е7+0,1эВ. Отсутствие экспериментальных данных об этих акцепторных состояниях в крем- . нии легированном медью очевидно следует отнести к достаточно малой растворимости замещающих атомов меди в 81 и наличием относительно высокой концетрации электроактивных комплексов, связанных о примесил

меди в этом кристалле, шунтирующих акцепторные состояния Си .

Трехкратное акцепторное поведение Си в твердых растворах и свидетельствует о том, что ата поимесь может находиться в следующих четырех зарядовых состояниях: Си"1, 0и"г, Си"3, как и

Омические подвижности злектронов и дырок е кристаллах ое легированных медью, определялись из данных холловскои подвижности и •холл-фактора (р=рх/г). относительно небольшая концентрация не мзиро-ващшх центров кристалла с дырочной проводимостью („1015см""2> приводит к тому, что при Т>1Ш0К оскоЕеую роль в'распределении дырок играют фононы и беспорядки сплава. Существенны*/ спад при фиксированном Т з ростом содержания второго компонента в кристалле свидетельствует о значительном вкладе второго механизма, '¿'-.к, например при 300°К величины иг в сплэЕех с 16,3 ьт% Бх и 30,1 ьтй £1 состэп-JIЯют 750 и 400 смг/Вс и в несколько раз ниже, чем в Се (1700 см2/Вс). оо этом же свидетельствует более слабое изменение р с Т в сплавах по сравнению с Се и 31. Ослабление скорости изменения ¡^ с Т в сплавах объясняется значительно более слабым изменением сплавного рассеяния дырок согласно теории ррукеа - М-^.Л' по сравнению с фэ~ ночным рассеянием - р^Л-2'33. При температурах < ¡СЮ°К скорость роста ^ с понижением I начинает ослабевать, что связано с „проявлением рассеяния на ионех примеси, который, при достаточно низких Т должен ■ привести к уменьшению ^ с понижением Т.

Омические подвижности электронов (.и в кристаллах Ое^ „ЗЦ кал и в случае дырок определяются, в основном, рассеянием на фонолах, беспорядках сплава и ионах примеси. Роль последних в исследованном иа-тервале Т становится ощутимой лишь при'низких Т. Характер изменении ре с Т и составом аналогичен таковому для однако здесь имеется одна особенность. Монотонно^ изменение ц от состава, имеющие место

в дырочных кристалла", из имеет место в электронных, Так, в кристалле о ~15атЯ 81 при Т«300°К цв почтя в 8 раз нихэ, чем в чистом «е и в 3 раза, чем в 81 и кристалле с 81 и пставляэт всего 600

сма/Во, Дальнейшее повышение со^эркания 31 в кристалле снова приводит к относительно слабому уменьшении , которое в образце с 30 ат* 31 составляет ~380см2/Вс. Аналогичное поведение с составом наблюдалось и в ранних работах и на укладывается в рамки модели виртуального криотелла.' Резкий спад цв в кристаллах с содержанием ЗЮлизким к 16 атй объясняется особенностями зонной структуры этих составов. Как известно в кристаллах Се при х<0,15 дно зоны

проводимости формируется четырьмя долинами а направлениях (1111, как в йо. при х > и, 15 число долин равно 6 в направлениях |111 (как в Б1. При хМЭ,1б дно зоны проводимости кристаллов формируется из обеих типов долин, и число их равно 10. Наличие большего числа долин приводит к дополнительному междолинному рассеянию электронов и к существенному спаду ц .

ОСНОВШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Ш ВЫВОД*

1. Характер уменения энергии связи акцепторных уровней звмещв-щих атомов примеси меди Сид в гэрмашга-и крэмнйэподобных составах кристаллов Св^З^ с содержанием кремния а материале согласуется с представлениями модели виртуального кристалла для твердых растворах.

2. Показано, что в кристаллах Се, 31а имеет мело расщепление (уширение) всех трех акцепторных уровней Сиа , связанное с хаотическим распределением компонентов матрицы, обуслявлиавпцгад неидентичность в композиции бдиизйшего окружения замэщащих атомов гтримеси, расположенных в различных места* кристалла. Ширина зоны расцепления уровней порядка 10Ж от величины энергии связи соответствующего состояния.

3. Усредненные значения глубины залегания акцепторных уровней

1$

Си от потолка валентной зоны кристаллов Ge^Sl^. растут линейно с содержанием кремния з кристалле и описываются следующими соотношениями:

е_ =2 +-(0,СН+0,2Тя)эВ; Er + (CJ,33+CMOi.)sB;

е =ii + (0,500, ьох)эв.

'U3 v

4. Кя основе установленных зависимостей энергии актиряцк/ акцепторных уровней меди в Ge, с содержанием S1 до ЗОат* показано, что и в SI Cur ьедет сеоя как трехкратный акцептор. Примерные энергетические положения этих уровней в запрещенной зоне Si следующие: Е^+О.ЗэВ; I -0,4эВ; Вс-0,1эВ.

5. В зависимости от положения уровня Ферми в S1 и Се, Si за-мещар; ,ле атомы меди могут находиться в кристалле в одно- двух и трехкратно отрицательно заряженном состояниях, а также в нейтральном состоянии, как и i Се.

6. Установлено, что энергетическое расстояние от дна зоны проводимости и верхним уровнем CuQ увеличиваемся с содержанием кремния в кристалле в гермвяшподобных составах и уменьшается кремние подобных. Показано, что такое поведение обусловлено меньшей скоростью удаления долин |100| зоны проводимости от потолка валентной зош с увеличением содержания 31 в материале но сравнению с верхним уровнем Сиа.

7. Пок&зыно, что в интервале 60-300,JK характер изменения подвижности электронов и дырок в•германкё-и кремниеподобных кристаллах Ge^Si^, легированных медью (Мс " Ю14-Ш1бсм~3) с составом материала и температурой определяется рассеянием носителей заряда на колебаниях решетки, беспорядках сплава, Ионах примеси, а также особенностями зонной структуры кристаллов.

й. Показано, что значения холл-фактора дырок е кристаллах с содержанием кремния до 30 ат% и .концентрацией примесных центров '" 1014-1016см"3 леквт в интервале ~ 1,05-1,3 в области Т—1SO-dbO^K и

значительно ниже теоретических, как и в Ge.

• Холл-фактор электронов в этих же составах кристаллов и концентраций примгсей и области Т составляет 1,1+0,1. Показано, что в кристаллах Ge^Si^. при доминировании рассеяния электронов на колебаниях решетки и беспорядках сплава экспериментальные значения холл-фактора удовлетворительно описываются теорией как для гермпние- и кремниепо-добннх составов, так и в кристаллах с двумя типами долин в зоне- про-БОДЙМОСТИ.

3. Разработаны методики получения с электронной и дырочной проводимостью однородных кристаллов Ga,методом подпитывания расплава вторым компонентом (да 1& ат% S1) и кристаллизации из большого объема (да 30 вт% S1) и методика их прецизионного диффузионного легирования медью. Состав кристаллов Ge^^Si^ выращенных методом подпитывания расплава удовлетворительна описывается соотношениями, полученными в равоте в пфановаком приближении.

Основные ,-зультатц диссертации опубликованы в работах. '

1.Авдзров Г.Х.,Агаев H.A.,Мир-Багиров В.В.,0 получении однород ных кристаллов бинарных твердых, растворов,обладающих сильной сегрегацией компонентов при кристаллизации.-Материал! VII координационно-ю совещания по исследованию и применении твердых растворов германий-кремний. Баку, "MM", 1990,с.85-90.

2-Агаев H.A.,Мир-Багиров В.В..Акдаров Г.Х.,0 возможности получения однородных монокристаллов бинарных твердых растворов методом подпитки расплава вторым компонентом.-Мзв. АН. ССОР» Неорг. мат., 1989, ТЛЬ, NT, С.-1131-1134.

3-Аждаров Г.Х.,Кязимзаде Р.З.,Ыир-Багиров В.В. IKhij лзние однородно легированных монокристаллов кремния в процессе выращивания *'з расплава.-Электронная техника, сер. материалы, 1991, NT(261), с.57-

i?

60; V Всесоюзное совещание"по материаловедению и физико-химическим основам получения легированных монокристаллов кремния. Москва,1999.

4.Аждаров Г.Х..Кязимзаде Р.З.,Мир-Багиров В.В. Выращивание равномерно легированных полупроводниковых материалов.-ДАН АзерО.,1991 N3.

В.Заргарова М.й..Аждарова Д.С..Меликова З.Д.,Мир-Бегиров В.В. Растворимость элэктроактивной примеси меди в тверди растворах Ge^Sl^.VlII Координационное совещание по исседованию и применению сплавов германий-кремний. Таккент,1991.

б.Аждаров Г.X.,Кязимзаде Р.Э.,Мир-Багиров.Легирование твердых растворов германий-кремний медью и определение энергиисвязн первого акцепторного состояния этой примеси е кристаллах.-Институт физики АН Азерб..препринт N401 ,1991-'1с.

Т.Агаев H.A.,Мир-Багиров В.В.,Айдаров Г.Х. Холл-фактор электронных и дырочных кристаллов германий-кремний.-Материалы VII координационного совещания по исследованию и применению твердых расворов германий-кремний, Баку, "ЭЛМ",'i j9Q,с.63-72.

в.Аждаров Г.Х.,Кязимзаде Р.З.,Мир-Багиров В.В. Расщепление примесных состояний в твердых растворах С.е1я51х, обусловленное хаотическим распределением компонентов.- VI H Координационное совещание по исследовании и применению сплавов кремний-германий,Ташкент, 1991.

9.Аждаров Г. X.,Кязимзаде Р.З.,Мир-Багиров В.В. Энергия активации первого акцепторного состояния меди в ТЕёрдых растворах германий-кремний.- ДАН Азерб.,1991 ,N2

Ю.Лждаров Г.Х., Мир-Багиров В.В. Акцепторное состояние примеси меда в твёрдых растворах германий-кремний.-VIII Координационное совещание по исследовании и применению сплавов кремний-германий, Ташкент, 1991. ,

11.Аждароа Г.Х..Кязимзаде Р.З.,Мир-Багиров В.В.Акцепторные уровни атомов в примеси меди в кристаллах Ge^^Si^.- ФГП, 1992, т.26,

U

N3, с 53-156.

1<>.Агвев Н. А., Мир-Бвгиров В.В.,Аздаров Г.К. Холл-фактор электронов в кристаллах твврдах растворов германий-кремний при доминировании рассеяния на колебаниях решетки и беспорядках сплава.-ДАН Аэерб.,1989, г.XIV, N2, с 21-25.

13.Агаев Н.А.,Мир-Багиров В.В.,Авдаров Г.Х. Холл фактор электронов в кристаллах твердых растворов герм■ мий-кремний.-Препринт Института физики Щ АзерО. СОР, N260, 13 с.