Осциляционные и кинетические характеристики 2D-электронного газа в инверсионных слоях на границе зерен бикристаллов p-Hg1-xCdxTe (x=0.23) при одноосном сжатии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.09 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ рр5 0Д им. М.В.ЛОМОНОСОВА

- 5 И ЮН 19^ ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи УДК 537.312.62

БУТКО НАТАЛИЯ БОРИСОВНА

ОСЦИЛЛЯЦИОННЫЕ И КИНЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 20-ЭЛЕКТРОННОГО ГАЗА В ИНВЕРСИОННЫХ СЛОЯХ НА ГРАНИЦЕ ЗЕРЕН БИКРИСТАЛЛОВ р4^1.хС<1хТе (х=0.23) ПРИ ОДНООСНОМ СЖАТИИ.

Специальность 01.04.09 физика низких температур и криогенная техника

Автореферат диссертащш на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА 1995

Работа выполнена на кафедре физики низких температур л сверхпроводимости физического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук Н. Я. Минина

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

В.А.Козлов

кандидат физжо-математических наук В.С.Егоров.

Ведущая организация: Московский институт радиотехники, электроники и автоматики.

Защита состоится " " ¿-¿^1995 года в

часов на

заседании специализированного совета N 2 (К 053.05.20) Отделения физики твердого • тела Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, ГСП, Москва, Воробьевы горы, МГУ, физический факультет, криогенный корпус, аудитория 2-05^.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан "_"_ 1995 года.

Ученый секретарь специализированного совета Ы 2 ОФТТ (К 053.05.20) МГУ им. М.В.Ломоносова кандидат физико-

математических наук

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Система твердых растворов p-Hg]_xCdxTe (0.2<х<0.3) в последние годы является объектом интенсивного исследования в связи с их использованием в качестве ИК-детекторов длинноволнового диалазона и других электронных приборов. Если электрические свойства Hg|_xCdxTe n-типа достаточно хорошо изучены, то в материале р-типа с концентрацией носителей р<10^см"3 свойства поликристаллических полупроводников проявляют целый ряд особенностей, которые не связаны с зонной структурой материала. Инверсионные слои, образующиеся на поверхности или на границе раздела полупроводниковых материалов p-Hgj_xCdxTe, оказывают сильное влияние на электр1гческие свойства массивного образца (например, двойная смена знака у коэффициента Холла в зависимости от температуры).

Поэтому большой интерес представляют двумерные инверсионные слои носителей заряда, возникающие на границе зерен полупроводниковых бикристаллов, таких как p-InSb, p-Hgi_xMnxTe, n-Ge, p-Hg].xCdxTe. Это обусловлено еще и тем, что двумерные структуры и сверхрешетки на их основе находят широкое применение в твердотельной электронике в связи с созданием интегральных схем, приборов с переносом заряда и других структур с большой плотностью компоновки элементов.

Считается, что образование 2D-c»cTeM связано с возникновением слоя положительных зарядов на границе зерен бикрнсталла. До настоящего времени природа зарядовых состояшш на границе до конца еще не выяснена, поэтому исследования 2D- инверсионных слоев при различных типах деформационного состояния массы образца могут пролить свет на эту проблему, а также установить роль кристаллической решетки и зонной структуры основного материала в формировании потенциальной ямы и системы квантовых электронных подзон двумерных носителей заряда.

Естественные двумерные слои носителей заряда, сформированные на границе бикристаллов и обладающие ярко выраженными осцилляциями магнитосопротивления от разл!гчных энергетических подзон, являются прекрасным объектом для изучения деформационных эффектов в двумерном

электронном газе, а полученные на этих системах данные представляют несомненный интерес и для остальных двумерных структур: сверхрешеток, гетеропереходов, тонких пленок, свойства которых также должны зависеть от напряженного состояния, вызываемого несоответствием кристаллических решеток на границе гетероперехода или контакта с подложкой.

Исследование влияния одноосной деформации на двумерный спектр носителей заряда позволяет оптимизировать характеристики уже существующих электронных приборов на основе этих материалов, а также создать другие приборы с принципиально новыми характеристиками. Используемый в работе метод одноосной деформации при исследовании зонной структуры у полупроводниковых сплавов р-Нз!_хСс1хТе и бнкристаллов на их основе может быть успешно применен при изучении других полупроводников с узкой запрещенной зоной н двумерных структур.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Цель настоящей работы состояла в определении энергетического спектра 20- электронов и величины потенциального. барьера на границе зерен бикристаллов p-Hgi.xCdj.Te (х=0.23) в условии одноосного сжатия.

В основные задачи входило:

1. Исследование магнитотранспортных свойств бикристаллов с помощью осцилляции Шубникова- де Гааза (ШдГ) на границе раздела бикристаллов р-^1-хС(1хТе и определение их изменения при одноосном сжатии перпендикулярном и параллельном инверсионному слою; определение концентраций носителей, а также характерных энергии Ер-Е; , где Ер -энергия уровня Ферми, Е, - энергия дна электрической подзоны, для всех наблюдаемых подзон при различных значениях деформации.

2. Исследование величины потенциального барьера на границе зерен полупроводниковых бикристаллов р-1^].хС<1хТе и ее изменения в процессе одноосного сжатия.

3. Исследование влияние одноосной деформации на характерные энергии массивного монокристалла р-Ня1_хСсЗхТе (х=0.23) для выяснения роли кристаллической решетки и зонной структуры основного материала в

армировании потенциального барьера и системы квантовых электронных щзон двумерных носителей заряда.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

1. В настоящей работе с помощью квантовых осцилляции агшгтосопротивлення впервые удалось наблюдать сильное (до 60%) велнчение концентрации двумерных носителей в инверсионном слое на занице зерен бикрисгаллов Нд].хСс1хТе при одноосном сжатии массивного 5разца вдоль направления перпенд]«улярного слою.

2. Путем исследования термоактнвацнонных процессов проникновения осителей через граннцу раздела впервые определена величина отеициального барьера и ее изменение с ростом одноосной деформации для икрнсталлов р-^1_хСс!хТе. Обнаружено сильное увеличение глубины вантовой ямы с деформацией, что находится в соответствии с становленным по эффекту ШдГ ростом концентрации 20 носителей.

3. Показано, что одноосная деформация вдоль инверсионного слоя не рнводит к заметному увеличению концентрации носителей и глубины вантовой ямы.

4. Показано принципиальное отличие эффекта анизотропной (одноосной) [еформации от всестороннего сжатая, которое вызывает уменьшение аселенности во всех трех наблюдаемых подзонах в квантовой яме и при [авлении Р>10кбар приводит к полному исчезновению инверсионного слоя. В лучае всестороннего сжатия энергетический спектр 2Г> электронов на ранице зерен определяется изменением зонной структуры массивного (атериала (увеличением ширины запрещенной зоны), тогда как при 1ДНООСНОМ сжатии определяющим является увеличение плотности юложительных зарядов на границе.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

Полученные в диссертационной работе результаты имеют несомненный кучный интерес для физики квантово-размерных систем и находятся в >амках фундаментальной задачи о возмущающем воздействии напряженного

з

состояния на электронную структуру двумерных слоев носителей заряда, формируемых на полупроводниковых гетерограницах.

Изучите деформационных эффектов в двумерном электронном газе на границе зерен бикрнсталлов представляет также интерес для остальных двумерных структур: сверхрешеток, гетеропереходов, тонких пленок, свойства которых также должны зависеть от напряженного состояния соответствующего полупроводникового кристалла или используемой при напылении подложки.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на:

- XXX Совещании по физике низких температур (г.Дубна, 6-8 сентября 1994г.);

- The First Intern. Conf. on Mat. Sci. of Chalkogenide and Diamond-Structure Semiconductors (Chernivtsi, Ukr., Oct.4-6, 1994);

- 6th Intern. Conf. of High Pressure Semiconductor Physics (Vancouver, Canada, August 22-24, 1994).

- Deutschen Physikalischcn Geselschaft (Berlin, FRG, March 20-24, 1995).

ПУБЛИКАЦИИ.

По результатам диссертации опубликовано 5 печатных работ. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ.

Диссертация состоит нз введения .^четырех глав, выводов и списка

' (*

литературы. Диссертация содержит страниц машинописного текста, /

таблиц и рисунков.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Во ВВЕДЕНИИ обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируются цели и задачи исследования, а также основные положения, выносимые на защиту.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ диссертации обсуждаются основные свойства двумерного электронного газа в инверсионных слоях на границе зерен

полупроводниковых бнкристаллов, описан метод определения высоты потенциального барьера, а также рассматривается энергетический спектр сплавов р-^]_хС(}хТе и его изменение при одноосном сжатии. В главе приведены данные самосогласованного расчета потенциального рельефа дна зоны проводимости и потолка валентной зоны, а также треугольной потенциальной ямы У(2) = -ер| 2\ (Р - электрическое поле по обе стороны от границы бикристалла, а 7. - расстояние до границы) в окрестности границы раздела бнкристаллов р-Н£1_хСс1хТе (х=0.2), проведенного в [1] с учетом полной плотности носителей п5 = 2" 10'2ст-2 в инверсионном слое. Согласно расчету в такой квантовой яме имеют место 4 подзоны, из которых три (про, 1,2) регистрируются по эффекту ШдГ, а последняя п;=3 не наблюдается, по-видимому, из-за малости величины соответствующей плотности носителей П4. Характерное энергетическое расстояние Ер-Е, находится двумя способам!: 1) с использованием квадратичного закона-дисперсии и эффективной массы т*с; в каждой подзоне; 2) с использованием непараболической модели Кейна, описывающей спектр электронов в зоне проводимости трехмерных кристаллов Нд-1-хСс1хТе и эффективной массы тп=0.0115шо массивного образца. При этом непараболическая модель считается более надежной.

Особое внимание уделяется изучению свойств инверсионного слоя на границе бнкристаллов р-Ь^1.хСс)хТе при гидростатическом сжатии. Влияние всестороннего сжатия на свойства электронов в инверсионном слое у таких образцов наблюдалось в работе [2]: увеличение давления Р вызывает сильное уменьшение концентрации п; во всех трех наблюдаемых подзонах, что при Р>10 кбар приводит к полному исчезновению инверсионного слоя. Этот эффект вызван изменением зонной структуры массивного образца при всестороннем сжатии: возрастание ширины запрещенной зоны Eg приводит к выходу дна потенциальной ямы за уровень Ферми, т.е. к уменьшению ее глубины без существенного изменения характера искривления энергетических зон и формы потенциального барьера вблизи границы зерен.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ содержится описание экспериментальной методики и установки. Подробно описан способ создания одноосных упругих деформаций (до 0.3%), основное преимущество которого для случая образцов

Ь^СсГГе заключается в использовании кольца, выполненного из немагнитной стали в качестве упругого элемента, передающего напряжение на жестко закрепленный внутри кольца образец. Аксиальная симметрия напряжешш в такой системе исключает разрушение образца из-за неточности его ориентации относительно направления сжимающего усилия. В главе рассматривается также техника приготовления и монтажа образцов. Изложены методики исследования эффекта ШдГ на границе полупроводшжовых бикристаллов р-Г^1-хС<1хТе, электросопротивления и эффекта Холла для образцов, содержащих границу зерен и однородных, в температурном диапазоне 4.2—ЗООК.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ представлены результаты исследования кинетических характеристик полупроводникового сплава р-Г^1-хС(1хТе и двумерного электронного газа в инверсионном слое, а также осцилляции мапштосопротивления на границе зерен бикристаллов p-Hgj.xCdj.Te, различным образом ориентированных относительно направления сжимающего усилия.

Так как в настоящей работе мы имели дело с новым объектом исследования, представлялось необходимым убедиться, что наблюдаемые от границы зерен физические характеристики соответствуют двумерному слою электронов, а не массивному образцу. Для этого были измерены температурные зависимости сопротивления, деформационные зависимости сопротивления и ЭДС Холла как на границе зерен бикристаллов р-Нй}. хСс1хТе (х=0.23), так и в объеме образца. Обнаружено, что при гелиевых температурах сопротивление массивной части кристалла в несколько десятков раз превышает сопротивление границы зерен, что исключает шунтирование сигнала от границы объемом образца и дает основание полагать, что наблюдаемые на границе раздела электрические и магнитные характеристики не связаны с объемом и определяются лишь свойствами носителей заряда в инверсионном слое.

Электронный знак коэффициента Холла свидетельствует об образовании на границе зерен электронного инверсионного слоя, обнаруживающего в отличие от массивной части образца сильные осцилляции мапштосопротивления. Квазидвумерность системы электронов в

инверсионном слое подтверждается характером угловой зависимости периода осцилляции T(<p)=T0cos(q>), где <р - угол между направлением магнитного поля и направлением нормали к границе зерен.

Исследованы угловые зависимости магшггосопротивления {R(H)-R(0)}/R(0) и ЭДС Холла Ux в инверсионном слое. Падение практически до нуля величины {R(H)-R(0)}/R(0) и Ux при Н параллельном плоскости слоя является дополнительным свидетельством в пользу его двумерности и позволяет с достаточной точностью определить его ориентацию относительно Н. В массивном кристалле p-Hgj_KCdxTe (х=0.23) зависимость R(q>) носит обычный характер, причем ве.игчзша магнитосопротивления крайне мала: AR/R0 » 4% в максимуме и «2% в минимуме в поле 1.4Т. Деформационные зависимости сопротивления и коэффициента Холла у массивного образца и на границе зерен также различны. Вид деформационных зависимостей кинетических характеристик у массивного образца p-Hg]_xCdxTe определенным образом связан с перестройкой структуры валентной зоны, расщеплением экстремумов, а также уменьшением энергепгческого расстояния между акцепторным уровнем и потолком валентной зоны.

В работе проводились исследования осцилляции Шубникова-де Гааза в инверсионном слое при сжатш! вдоль направления перпендикулярного (образцы I типа) и параллельного (образцы II типа) границе раздела. При этом нормаль к границе для бнкристаллов I типа составляла угол « 30° с направлением [110], к 51° с направлением [111] и « 14° с направлением [100]. У всех исследовашшх образцов на осцилляционных кривых в разных диапазонах магнитных полей наблюдалось три частоты Fj, соответствующие трем электронным подзонам в квантовой яме на границе бикристалла. У образцов I типа при приложетш одноосной нагрузки Оуу обнаружено сильное возрастание частот шубннковских осцилляции F;, соответствующих двум нижним подзонам в квантовой яме на границе зерен p-Hgj_xCdxTe (рис. 16) (AFo/Fo~100% при Стуу=1.5кбар); для наиболее высокой подзоны изменение частоты F2 не превышает точности ее определения AF2/F2~2%. У образцов II типа возрастание частоты менее ярко выражено и составляет = 3-5-7% во всех наблюдаемых подзонах. Рассчитаны концентрации носителей в

а

Рис. 1. Деформационные зависимости характерных энергий Ер-Е; (Д частоты осцилляции ШдГ ^ (левая шкала) и концентрации носителей (правая шкала) (б) в каждой из подзон на границе зерен бикристалла Р^^-хС^х"^ I типа.

подзонах п51=е/(т1ЬЛ^1/В))см"21 где Д;(1/В) - соответствующш"1 период , квантовых осцилляции, а также характерные энергии подзон ДЕ,=Ер-Е|. Расчет ДЕ) проводился в модели Кейна с эффективными массами, соответствующими объемной части образца. У образцов I типа суммарная концентрация 2Б-носителей п5=£п51 и величина ДЕ; в двух нижних подзонах с ростом деформации сильно возрастает (рис.1а,б). Что касается образцов II типа, то у них возрастание концентрации было незначительно и составляло к 2+5% для различных подзон. Рост п5 для бикристаллов I типа согласуется с наблюдаемым при одноосном сжатии падением сопротивления И (на 30% при Оуу=1.2кбар) и коэффициента Холла Ид (на 20% при Оуу=1.2кбар). Этот эффект противоположен наблюдаемому в [2] при всестороннем сжатии уменьшению концентрации двумерных электронов, связанному исключительно с ростом энергетической щели в трехмерной части образца со 8

скоростью SEg/5P=15 мзв/кбар, что приводит к смещению дна ямы относительно уровня Ферми с приблизительно такой же скоростью 5Фв/5Р=15.5мэВ/кбар [2].

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приводятся результаты исследования величины потенциального барьера на границе зерен бикристаллов p-Hgi-xCdxTe (х=0.23) и его изменение в процессе одноосного сжатия, перпендикулярного границе зерен. Насколько нам известно, влияние деформации (всестороннего и одноосного сжатия) на формирование потенциального барьера на границе зерен бикристаллов ранее не изучалось. Для определения величины потенциального барьера нами использовался метод, описанный в работе [3]. Известно, что при различных температурах имеют место различные механизмы проводимости носителей тока через барьер. Так, при высоких температурах преобладающей является термоионная эмиссия носителей над барьером, тогда как при низких температурах доминирует туннелирование сквозь барьер. Ток, текущий через барьер Фв в области термоионной эмиссии, выражается следующей формулой [3]:

j = А*Т2ехр(-(ФВ+0/кТ)[1-ехр(-еи/кТ)], (1)

где к - постоянная Больцмана, А* = ^=Ер-Еу= к'ПпШу/Мд),

ш* - эффективная масса в валентной зоне. Измерения проводились в омической области вольт-амперной характеристики при малых значениях напряжения U=0.1-5-0.2мВ, когда eU«kT. В этом случае можно считать, что величина барьера не зависит от напряжения, а плотность тока, как следует из (1), является линейной функцией приложенного напряжения и дается следующим выражением:

j = А*ТехрКФв +0/kT]eU/k. (2)

Сопротивление границы бикристалла RGB можно отсюда выразить как RGB = [k/(FA%T)]-exp[(®B+^)/kT], (3)

где F - площадь границы. Согласно (3) величина барьера находится из наклона линейной части зависимости 4пШсВТ) от 1/Т. На рис.2 приведены измеренные температурные зависимости сопротивления однородного участка массивного образца R2_3 (кривая 2) и участка, содержащего границу зерен ^3,4 (кривая 1), а также температурная зависимость собственно границы зерен Rqb в масштабе ЬИсв^/Т). Видно, что по шкале температур эти

1Д.1/К

Рис.2. Температурная зависимость сопротивления участков образца

p-Hgi-xCdxTe одинаковой длины, содержащих (кривая 1) и не содержащих (кривая 2) границу раздела. На вставке - температурная зависимость сопротивления границы. Нагрузка а=0.

зависимости имеют деление на три характерные области (I - III). В области собственной проводимости 1, существующей в температурном диапазоне 180-270К, сопротивления двух измеряемых участков образца (с границей и без нее) практически совпадают. В этой области благодаря идущим над барьером термоактнвацнониым процессам его величина не влияет на проводимость, а наклон линейного участка зависимости lnR2 3(1/Т) определяет величину

»ямой энергетической щели Eg. При Т<180К сопротивление участков .разца с границей и без нее начинает различаться. В области II (см. вставку рис.2, температурный диапазон 130-180К) проводимость через барьер зоисходит только за счет термоионной эмиссии. В этой области шротивление границы бикристалла быстро возрастает с понижением гмпературы и имеет выраженный термоактивационный характер. При <130К (область III) с понижением температуры определяющим в процессе ереноса становится туннелирование носителей заряда сквозь барьер. При емпературе Т-77К сопротивление бикристалла с границей в 1.5-2 раза ольше, чем сопротивление однородного образца той же длины (рис. 2).

Величина потенциального барьера была измерена на 3-х различных |бразцах p-Hgj.xCdxTe по наклону линейного участка на температурной ависимости сопротивления границы зерен в области II (вставка к рис.2) и доставляла Фд-207±4мзВ. При приложении одноосной нагрузки а по юрмалл к границе зерен на всех образцах наблюдается рост потенциального 5арьера Фд (рнс.З). На вставке к рис.3 приведена зависимость зтноентелыюй величины потенциального барьера от сжимающего напряжения тля 3-х различных образцов p-Hgj_xCdxTe. Скорость роста высоты потенциального барьера составляет ЗФд/до- 44±4мэВ/кбар.

Проведено сравнение полученных результатов с даннынш исследования эффекта ШдГ (глава III). В предположении треугольной потенциальной ямы V(Z)=eF| Z|, выражение для квантовых уровней энергии:

Ei = I(beF)2/2rn]l/3[(3rt/8).(2i+l)]2/3i 1=0,1,2... (4)

Система уравнений (4) позволяет определить энергию Ферми Ер, отсчитанную от дна ямы, и ее зависимость от одноосного сжатия ЭЕр/5а=34±1мэВ/кбар на основе результатов осцилляционных измерений. Данные оценки Фв(0)=190+4мэВ и сФд / üo=41 ± 1 мэВ / кбар хорошо согласуются с результатом непосредственных измерении Фд и dOß/da. Некоторое отличие в меньшую сторону связано, скорее всего, с отклонением формы потенциальной ямы от треугольной.

Чтобы установить возможное влияние зонной структуры массивного образца на энергетический спектр 2D электронов в инверсионном слое (как это имеет место при гидростатическом давлении [2]), представлялось

Рис.3. Температурная зависимость сопротивления границы зерен

бикристалла при различных значе1шях деформации для одного из исследованных образцов. На вставке - относительная величина роста потенциального барьера при деформации: •, а - данные для трех различных образцов.

необходимым исследовать изменение энергетической щели, а также энерги активации акцепторного уровня при одноосном сжатии. При понижени температуры сопротивление однородного (без границы зерен) образа увеличивается, и в температурном диапазоне 80<Т<200К имеет мест термоактивационный участок, который определяется прямой энергетическс щелью. Вел1гчина энергетической щели Eg в отсутствии деформацн составляет 82±4мэВ, и в процессе одноосного сжатия возрастает <

скоростью б'Ед/ £а=5.4±0.5мэВ/кбар у всех исследованных образцов. Данные об изменении величины прямой энергетической щели от деформации для полупроводникового сплава р-Нд^.хСс]хТе с х=0.23 нам в литературе не встречались.

В температурном диапазоне Т=12+60К имеет место второй термоактивацнонный участок, который определяет энергию активации акцепторного уровня Ед. Для всех образцов в ненапряженном состоянии Ед=3.5±0.6мэВ. В процессе деформации энергия активации у образцов I группы уменьшается со скоростью сЕд/са=1.8±0.2мэВ/кбар. Уменьшение сопротивления РКа) и пик на деформационной зависимости коэффициента Холла (аналотнчный пик наблюдался ранее в [4] на температурных

кривых Г^(Т)) свидетельствует о том, что при 4.2К в объеме образцов в процессе одноосного сжатия происходит смена механизма проводимости: от проводимости по примесной акцепторной зоне к проводимости свободными дырками. Последнее обстоятельство может сказаться на перераспределении зарядов вблизи потенциального барьера на границе зерен бикрнсталлов. У образцов П группы с границей, ориентированной вдоль длины образца и параллельной направлению сжимающего усилия, энергия активации акцепторного уровня в процессе деформашш пракпгчески не изменялась. Очевидно, что величина ЭЕд/Эо в массивном p-Hgi.xCdj.Te зависит от направления сжатия.

Полученные данные об изменении энергетических характеристик в • массивной части образца не дают возможности, на данном этапе, непосредственно связать их с изменением свойств 2й носителей. Так слабое увеличение Eg при одноосной деформашш качественно аналопгчно наблюдаемому увеличению щели при всестороннем сжатии, однако воздействие этих двух видов напряженного состояния на спектр 20 электронов в квантовой яме прямо противоположно.

Гораздо более интересным представляется факт, что величина электртеского поля Р=(1.9±0.3)-1С)6в/м сильно зависит от деформации, увеличиваясь в 2 раза при а=1.5кбар. Поскольку плотность положительно заряженных сегрегированных примесей на границе бнкристалла не должна зависеть от деформашш, основное изменение зарядового состояния границы

13

следует связывать с возрастанием числа положительно заряженных дефектов (ловушек), связанных с сеткой линейных дислокаций на границе 6»кристалла. Так как даже в отсутствии одноосной деформации граница раздела бикристаллов уже напряжена из-за разориентации их кристаллических решеток, а величина потенциального барьера Ф3 обнаруживает слабую чувствительность к концентрации акцепторной примеси в области Na~1()15-io16cm-3 [3^ можно, по-видимому, считать, что именно дефекты кристаллической решетки определяют плотность положительно заряженных центров вблизи границы зерен бикристаллов.

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Установлена применимость методики деформирования в упругом кольце для исследования кристаллических сплавов Hgj.xCdxTe и инверсионных слоев на границе зерен в этом материале. Деформационные зависимости сопротивления и коэффициента Холла как для массивного образца, так и для инверсионного слоя носят обратимый характер до напряжений в образце не менее 1.5кбар, а хрупкое разрушение наступает в области напряжений ~ 2кбар.

Использование кольца в качестве трансформатора для приложения плавного и центрально-симметричного напряжения снимает многие экспериментальные трудности, связанные в обычных системах с требованием строгой взаимной параллельности нагружаемых гранен, а также длины образца и прикладываемой нагрузки.

2. С помощью квантовых осцилляций магнитосопротивления впервые удалось наблюдать сильное (до 60%) увеличение концентрации двумерных носителей в инверсионном слое на границе зерен бикристаллов Hgi-xCdxTe при одноосном сжатш! массивного образца вдоль направления перпендикулярного слою.

3. Показано принципиальное отличие эффекта анизотропной (одноосной) деформации от всестороннего сжатия, которое вызывает уменьшение заселенности во всех трех наблюдаемых подзонах в квантовой яме и при давлении Р>10кбар приводит к полному исчезновению инверсионного слоя.

4. Путем исследования термоактивационных процессов проникновения носителей через границу зерен впервые определена величина барьера на границе зерен бикристаллов p-Hgj.xCdxTe и ее изменение с ростом одноосного сжатия. Обнаружено сильное увеличение глубины квантовой ямы при одноосной деформации, которое находится в соответствии с осцилляционными данными и обнаруженым ростом концентрации носителей.

5. Показано, что одноосная деформация вдоль инверсионного слоя не приводит к заметному увеличению концентрации носителей и глубины квантовой ямы.

6. Анализ полученных данных о влиянии одноосного сжатия на спектр 2D электронов в инверсионном слое, величину потенциального барьера на границе зерен и основные энергетические характеристики носителей заряда в массивной части образца в совокупности с результатами работ [2,4] о воздействии всестороннего сжатия и примесей на исследуемую структуру позволяет сделать вывод об определяющей роли положительно заряженных дефектов на границе, связанных с линейными дислокациями, в формировании и изменении при одноосном сжатии потенциального барьера (глубины квантовой ямы) на границе зерен бикристаллов исследуемого сплава p-Hgj.xCdxTe.

По теме диссертащш опубликованы следующие работы:

1. Бутко Н.Б., Краак В., Краузе С., Минина Н.Я., Савин A.M. Машитотранспортные свойства одноосно сжатого 2D- электронного газа на границе зерен бикристаллов Hgj.xCdxTe (х=0.23). - Письма в ЖЭТФ, 59, в.11, с.760-764, 1994.

2. Бутко Н.Б., Минина Н.Я., Савин A.M., Краак В. Эффект Шубникова-де Гааза в инверсионных слоях на'границе зерен бикристаллов Hgj.xCdxTe при одноосном сжатии. - Материалы XXX совещания по физике низких температур, Дубна, 6-8 сентября, 1994, ч.2, с.206-207.

3. Бутко Н.Б., Минина Н.Я., Савин A.M. Влияние одноосной деформации на машитотранспортные свойства 2D- электронного газа на границе зерен бикристаллов Hgj.xCdxTe (х=0.23) - The First Int. Conf. on

Mat. Sci. of Chalkogenide and Diamond-Structure Semiconductors, Chernivtsi, Ukr.,1994, vol.11, p.9..

4. Butko N.B., Kraak W., Krause S., Minina N.Ya., Savin A.M. Uniaxial strain influence on quantum properties of 2D electron gas in the inversion layer on the grain boundary of p-Hg].xCdxTe (x=0.23) bicrystals. - Int. Conf. of High Pressure Semiconductor Physics, August 22-24, 1994, Vancouver, Canada, P2-4, p.55.

5. Бутко Н.Б., Краак В., Минина Н.Я., Савин A.M. Влияние одноосного сжатия на высоту потенциального барьера на границе зерен у бикристаллов p-Hgj_xCdxTe (х=0.23). - Препринт физического факультета МГУ, N8, 1995, 9 стр.

Цитируемая литература:

1. W.Kraak, J.Kaldasch, P.Gille, Th.Schurig, R.Herrmann. - Phys. Stat. Sol. (b) v.161, p.613 (1990).

2. G.Gobsch, Th.Schurig, W.Kraak, R.Herrmann, G.Paasch. - J. Phys. France v.50, p.238 (1989).

3. R.Herrmann, W.Kraak, G.Nachtwei. - Phys. Stat. Sol. (b) v. 128, p.337 (1988).

4. Германенко А.В., Миньков Г.М., Румянцев Е.Л., Рут О.Э., Ишплева О.В. - ФТП т.23, в.5 (1989).