Разогрев носителей заряда, пробой и плазменные явления в узкощелевых полупроводниках в сильном электрическом поле тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РГ6 ОД

. » , » п <! московский государственный университет

1 о им

имени м. в. ЛОМОНОСОВА

физический факультет

На правах рукописи УЖ 621- 515. 592

БОГДАНОВ Евгений Владимирович

РАЗОГРЕВ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА. ПРОБОИ И ПЛАЗМЕННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В УЗКОЩЕЛЕВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ В СИЛЬНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

01.04-10 - Физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора Физико-математических наук

Москва. 1993 г. '

Работа выполнена на Физическом Факультете Московского государственного университета им. М- В- Ломоносова

Официальные оппоненты: доктор Физико-математический наук,

3. М. ДАШЕВСКИИ

доктор Физико-математический наук, профессор И. П. ЗВЯГИН

доктор Физико-математический наук, ' профессор А. Н. КОВАЛЕВ

Ведущая организация:

Московский институт радиотехники, электроники и автоматики

Зашита состоится " 199 ^ г. в

ъо

_ час.

на заседании специализированного совета Д. 053. 05.40 по Физике твердого тела при Московском государственном университете им-М-В. Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, Физический Факультет, криогенный корпус, аул. 2-05.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического Факультета МГУ.

Автореферат разослан

сЖ

199^г.

Ученый секретарь

Специализированного совета Л. 053-05. 40* при МГУ им. V. В. Ломоносова, доктор Физико-математических наук, профессор •

с. А- НИКИТИН

СШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы, наряду с классическими широкоэонными полупроводниками, которые являются базовыми материалами для создания большого числа приборов, в. современной электронной технике все шиое используются узкошелевые полупроводники- малая, соответствующая оптическим переходам е средней и дальнем инфракрасном диапазонах, и при этом легко изменяемая варьированием состава или с помощью внешних воздействии, величина запрещенной зоны делает их незаменимыми при создании ИК-приемников и лазеров- важность этой области спектра определяется наличием окон прозрачности в атносвере при длинах волн излучения ли = 3 - 5 мкм и ли = 8 ^ !2 мкм, что позволяет использовать этот диапазон для связи, ик-астрономии, систем глобального экологического мониторинга, а также ген обстоятельством, что максимум теплового излучения при температуре т = 300 К приходится на = 10 ^ И мкм, к диапазон оказывается наиболее подходящим для пассивного обнаружения и сопровождения объектов при контроле за-состоянием окружающей среды в геофизике, для ИК-диагностики в медиаине и т- п-

Узкощелевые полупроводники являются также общепризнанными модельными объектами для научных исследовании. Это обусловлено в немалой степени тем, что относительная простота энергетического спектра делает возможной теоретическую интерпретацию их основных свойств, а наличие узкой щели и малость эффективных масс носителей заряда порядка ю-2ч10~3 от массы свободного электрона дает возможность с помощью легко достижимых в лабораторных условиях внешних воздействии таких, как магнитные и электрические поля, давления и одноосные деформации, температуры, легирование, либо плавно управляя параметрами узнощелевых полупроводников, либо качественно изменяя их свойства, реадизовывать оптимальные условия для наблюдения новых зФФектов и явлений- так именно на узкошелевых полупроводниках были открыты или детально изучены бесшелевое состояние, переход полупроводник-полуметалл под действием давления, одноосных деформации и магнитного поля, аномалии кинетических коэффициентов при топологических электронных переходах, неравновесное металлическое состояние, резонансы оже-, оптоФононнои и плазмокной рекомбинаций в квантующем магнитном поле-

Изучение узкоаелевнх полупроводников имеет, таким образом, значительный практический и научный интерес, что стимулирует быстрое развитие Физики узкощелевых полупроводников, среди основных задач которой в настоящее время, как и у физики полупроводников в целом, является исследование процессов, происходящих в состояниях далеких от термодинамического.,равновесия- Интерес к подобным явлениям обусловлен прежде. тем, что в существенно неравновесных условиях нередко удается получить недоступную при исследовании равновесной системы информацию об электрофизических свойствах материала, механизмах генерации и рекомбинации носителей, роли и природе примесных центров, механизмах рассеяния и их смене, свойствах электронно-дырочной плазмы, то есть выявить весьма тонкие свойства электронной и Фононной подсистем, а также детали механизмов их взаимодействия. Кроме того, повышенный интерес к неравновесным процессам в полупроводниках связан с необходимостью получения данных о предельных значениях параметров как самих полупроводниковых материалов, так и приборов на их основе и с возможностью технического применения возникающих эффектов. Наряду с инжекпией носителей из контактов и Фотовозбуждением эффективным методом создания неравновесной ситуации, который и использовался в настоящей работе, является приложение к полупроводнику сильного электрического поля, увеличивавшего энергию электронной подсистемы, при этом возникают так называемые эффекты "горячих" электронов, на основе которых созданы принципиально новые твердотельные приемники,- усилители. генераторы и другие электронные приборы.

следует отметить, что благодаря исключительно высоким, нередко составляющим при низких температурах ю6мо7 см2/(В с), значениям подвижности носителей заряда в узкощелевых полупроводниках эффекты "разогрева" носителей наблюдаются в электрических полях порядка единиц в/см и даже менее, а узость запрещенных зон и соответственно малость пороговых энергия ударной ионизации делают эти материалы наиболее подходящими объектами для исследования межзонного пробоя и получаемой в результате его развития электронно-дырочной плазмы (ЭДШ- Неудивительно поэтому, что именно на узкоше-левых полупроводниках впервые наблюдался эффект, поперечного пробоя, были детально исследованы неустойчивости (г - пинч. э -пинч. магнитоконцентрационныи зФФект) элекгронно-лырочной плазмы-Вместе с тем в настоящее время данные о поведении узкощелевых полупроводников в сильных электрических полях за исключением.

вероятно, лишь относящегося к материалам класса л3В5 сплава 1пЗь носят Фрагментарный характер, а-нередко и противоречивы. По-видимому, значительные экспериментальные трудности: во-первых, необходимо создать в полупроводнике достаточно сильное электрическое поле и избежать при этом разогрева образца, то есть .электрическое поле должно подаваться короткими импульсами, во-вторых, в случае задачи изучения динамики развития процессов ударной ионизации и неустоичивостеи ЭДП во времени длительность фронтов импульсов должна быть намного меньше их характерных времен, составляющих всего Ю"9 * Ю-8 с, и, в-третьих, поскольку значительного разогрева подсистемы носителей заряда можно достичь только при достаточно малой их концентрации, то измерения необходимо производить при низких температурах, в заметной степени отвечают за немногочисленность исследований в сильных электрических полях на узкошелеЕых полупроводниках, в том числе и на изученных в настоящей работе полупроводниковых сплавах В11-хЗьх, Не)-хСакТе и РьТе: ба-

Актуальность, большой практический и научный интерес, который представляет описанный круг задач, а такке недостаток экспериментальных данных при наличии ошибочных работ и неоднозначности теоретической интерпретации ряда результатов явились основой для постановки настоящей работы и выбора объектов исследования-

Цель работы состояла в экспериментальном исследовании электропроводности, динамики процессов генерации неравновесных носителей заряда и неустойчивостей в сильных электрических полях на узкошелевых полупроводниках с различной зонной структурой при низких температурах с задачей обнаружения и изучения новых эффектов, а также получения и уточнения информации, необходимой при разработке и создании электронных приборов на основе этих материалов.

В качестве объектов исследования в настоящей работе использовались монокристаллы сплавов В11-ХЗЪХ, НВ]-хСМхТе и РъТе:6а- В случае сплавов В11-хЗьх измерения выполнялись на материалах п- и р-типа проводимости с отвечающим области реализации "полупроводниковой зонной структуры содержанием сурьмы 0-085 X ¡ 0-17, при этом основное внимание уделялось высококачественным образцам с низкоя концентрацией примесных носителей, которые обеспечивают как наилучшие условия проявления эффектов, так и в наибольшей степени удовлетворяют требованиям практических приложений- Наряду с имею-

шими важное практическое значение полупроводниковыми сплавами Hgi-xC<ixTe с содержанием кадмия X i 0-16. характеризовавшимися электронным или смешанным типами проводимости, исследован ряд образцов сплавов Hgi-xcaxTe с низким содержанием кадмия X í 0-16. которые относятся к бесщелевым полупроводникам или к полуметаллам, но в этом случае с помощь«.,.внешних воздействия (давление, магнитное поле) обеспечивался переход в состояние узкощелевого полупроводника. Пей изучении сплавов РъТеЮа. содержание примеси галлия в которых варьировалось ог О- ! до 1-0 ат-и, внимание уделялось прежде всего образцам, в которых наблюдается эффект задержанной фотопроводимости. так как именно в этой ситуации наиболее ярко проявляются явления, связанные с особенностями примесных состоянии в этих материалах-

Конкретные задачи работы включали:

- 1) исследование в широком интервале электрических полей электропроводности многодолинных полупроводников Eíi-xSbx (0-085 X i 0- 17) п- и р-типа проводимости, полупроводниковых сплавов

He i-¿СахТе (0- 18 í X ! 0-25) электронного и смешанного типа проводимости и ръТе с примесью о- 14-0 ат- Ga при низких температурах-Выявление при этом особенностей характерных для многодолинных полупроводников, а также отражающих изменение зонной структуры при варьировании состава твердых растворов и внешних воздействиях и. наконец, связанных с наличием примесей и дефектов;

- 2) изучение явления межзонного пробоя узкошелевых полупроводников Bij-xSbx и сплавов Hg}-xC<ixTe в широком интервале составов и температур. Поиск возможностей управления динамиков межзонного пробоя с помощью магнитного поля;

- 3) исследование явления делокализапии примесных носителей сильным электрическим полем в полупроводниках Hgi-xCdxTe электронного типа проводимости и в образцах сплавов PbTe:6a. обладающих эффектом задержанной фотопроводимости',

- 4) изучение пинч-эффекта, магнитокониентрационного эффекта и других неустоичивостей в созданной в результате межзонного пробоя полупроводниковых сплавов Bi¡-xSbK и Нг¡-xCdKTe электронно-дырочной плазме;

- 5) анализ и сопоставление полученных экспериментальных данных с известными теоретическими моделями-

Научная новизна работы определяется тем, что в нея впервые:

- 1! благодаря разработанной методике изучения динамики межзонного пробоя и определения скорости ударной ионизации 8 и времени т жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках с высокой (до 100 ом"'см"1) проводимостью впервые проведены экспериментальные исследования величин г и г в сплавах В11-х5ъх п- и р-типа в широкой области составов Ю-09 * X 1 0-17), магнитных полея |до 60 кэ), температур (2 * 30 К), а также при сильных одноосных деформациях сжатия (величиной до - О-3'/-). На образцах полупроводников в1]-хзьк с низкой проводимостью и в магнитном поле проводились также измерения традиционными методами в режиме заданного поля- Кроме того, в сильных -электрических и магнитных полях изучались стационарные ВАХ и проводимость сплавов В11-х5ьх при сильном одноосном сжатии и под давлением до 8 кбар;

- 2) использованная наносекундная импульсная методика позволила впервые провести измерения ВАХ, электсополевых зависимостей стационарной и динамической проводимости и коэффициента Холла, а также исследовать неустойчивости в электронно-дырочной плазме полупроводниковых сплавов н81-хс<5хТе (0-18 * x 5 0-25) при гелиевой и азотной температурах в широкой области электрических (до 800 в/см) и магнитных (И * 10 кЗ при 77 К и н * 70 кэ при 4- 2 К) полей- наряду с этим изучены ВАХ и сопротивление в сильных электрических полях бесиелевых полупроводников нв1-хс<1хте (x = 0- 135 и

0. 145) при гелиевых температурах в продольных и поперечных магнитных полях и под давлением до 10 кбар;

- 3) впервые выполнены исследования ВАХ полупроводниковых сплавов РьТе с примесью о- 1М-0 ат- у. ба в широкой области электрических полей (до 2000 В/см), температур (4-2 * 150 К) и давлений (до 16 кбар).

денных экспериментальных исследовании в работе;

- 1! обнаружено появление под действием сильного электрического поля анизотропии проводимости сплавов в11-хэьх в бинарно-бис-сеяторноя (базисной) плоскости. Основные особенности.явления находят объяснение в рамках теории эФФекта Сасаки-Шибуя;

- 2) установлено, что скорость ударной ионизации полупроводников В1)-хЗьх падает с ростом энергетической шели, сложный'образом зависит от температуры и анизотропных деформация сжатия, ее изменение в продольном магнитном поле носит анизотропный и немонотонный характер;

- 3) в области квантующих магнитных полей в сплавах В11-Х3ьх наблюдались резонансы скорости ударной ионизации, особенности поведения которых, в частности, при варьировании состава, под давлением и при одноосном сжатии объясняются-качественно и количественно теорией.оже-переходов в полупроводнике с кваэиреляти-вистским спектром,в квантующем магнитном поле;

- 4) обнаружено; '"что""время жизни носителей эаряла в сплавах Ш|-хЗъх (0.09 X * 0-15) в магнитном поле увеличивается- при этом рост величины -г в 2-?3 раза происходит, за исключением случая ориентации поля вдоль тригональиои оси для материалов р-типа, в магнитных полях 1^3 кЭ, а затем наступает насыщение- В целом, совокупность полученных в работе данных о времени жизни носителей заряда, прежде всего характер зависимости от концентрации примесных носителей и возрастание с температурой, свидетельствует об определяющей роли рекомбинации шокли-Рида в полупроводниковых сплавах В11-хЗьх при малой накачке в области гелиевых температур;

- 5) установленные магнитополевые зависимости времени жизни носителей и скорости ударной ионизации позволяют связать известный зФФект гигантского отрицательного продольного магнитосопротивления полупроводников В11-х8ьх в области пробойных электрических и сильных магнитных полей, направленных вдоль тригональной кристаллографической оси, прежде всего, с ростом стационарной концентрации носителей заряда в магнитном поле. Рост стационарной концентрации носителей при резонансах скорости ударной ионизации объясняет, по-видимому. и наблюдаемые на этих полупроводниках при измерениях •проводимости или сопротивления в области пробойных электрических и квантующих магнитных полей максимумы или минимумы соответственно;

- 6) изучена динамика пинчевания эли в полупроводниковых сплавах В11-хЗъх- в частности, измерены зависимости времени пинчевания от величины протекавшего тока, внешнего продольного магнитного поля и размеров образца, а также зависимость критических токов. пинчевания от магнитного поля- обнаруженная зависимость времени пинчевания и критического тока от ориентации образца относи-

.-тельно кристаллографических осей связывается с анизотропией энергетического спектра носителей заряда в сплавах В1.1-.х5ьх;

- 7): на снятых при больших, отвечающих области межзонного пробоя, плотностях измерительного тока магнитополевых зависимостях сопротивления бесжелевых полупроводников Не!-хСахТе наблюдались

осиилляпии, появление которых связано с палением времени жизни неравновесных носителей в условиях магнитоФоионного резонанса;

- 8) установлено, что скорость ударной ионизации в полупроводниках НЕ]-хСахТе вследствие перестройки энергетического спектра падает при росте температуры и при увеличении содержания кадмия в сплаве:

- 9) найдено, что изменение скорости ударной ионизации в полупроводниках Нв1-хС<1хТе в магнитном поле при гелиевой температуре носит немонотонный характер: первоначальное увеличение сменяется падением в больших магнитных полях, наблюдающийся в поперечном магнитном поле значительный, достигающий порядка, рост находит объяснение в рамках теории поперечного пробоя в скрещенных электрическом и магнитном полях. Показано, что магнитное поле, в котором достигается максимум ударной ионизации в скрещенных полях, связано с величиной энергетической щели и не обнаруживает заметной зависимости от напряженности электрического поля и от качества образца;

- Ю) при изучении электрополевых зависимостей коэффициента Холла наряду с его монотонным уменьшением в сплавах Не^-хС^хТе с электронным типом проводимости наблюдалось прохождение .через максимум в пробивных электрических полях в материалах со смешанной проводимостью, что может быть использовано при контроле качества кристаллов:

- 11) на основе анализа температурных зависимостей магнито-сопротивления показано, что наблюдаемая в допробсяной области электрических полей (Е ! 100 в/см)' в ультраквантовых магнитных полях суперлинеяность ВАХ образцов Нв1-хСс1хТе с электронной проводимостью обусловлена активацией электронов, локализованных магнитным полем в ямах крупномасштабного потенциального рельефа:

- 12) изученная динамика установления сопротивления при протекании через образцы большого тока свидетельствует о пинчевании электронно-дырочной плазмы в полупроводниках н§1-хС<1хТе. Время линчевания уменьшается при увеличении тока и при понижении температуры. Процесс подавления пинча продольным магнитным полем связан с замагничиванием носителей заряда;

- 13) показано, что экспериментально наблюдавшиеся на Н«1-хСс1хТв особенности кинетики развития межзонного пробоя в скрещенных электрическом и магнитном полях и магнитопол'евых зависимое-

тел стационарной проводимости в пробойных электрических полях обусловлены магнитоконцентрашюнным эффектом;

- Н) установлено, что темновые ВАХ обладающих эффектом задержанной Фотопроводимости образцов РьТе:ва являются при температурах 4. 2 * 120 к суперликейными в широком интервале электрических полей, начиная уже с 'поле8.:-£ } 1 В/см. Это качественно отличается от присущих нелегированному РЫе ВАХ и объясняется в рамках теории нелинейной прыжковой проводимости;

- 13) в области гелиевых и азотных температур обнаружен и изучен эФФект переключения обладающих задержанной фотопроводимостью образцов РьТе:ба в низкоомное состояние сильным электрическим полем Е 300 1000 В/см- При гелиевых температурах время релаксации стимулированной электрическим полем проводимости превышает ю4 ' 105 с, а рост проводимости в наиболее высокоомных образцах достигает семи-восьми порядков. Данные о характере изменения времени релаксации стимулированной электрическим полем проводимости и динамики переключения с температурой указывают на связь эффекта с процессами активации носителей, локализованных на примесных состояниях.

Практическая ценность работа определяется, прежде всего, возможностью использования полученных экспериментальных данных при создании электронных устройств и оптических приборов на основе исследованных узкощелевых полупроводников В11-хЗък, Нг; -хс<1хТе и РьТе;ба. Так, данные о зависимостях скорости ударной ионизации от напряженности электрического и магнитного полей, температуры и состава сплава могут оказаться полезными при разработке и совершенствовании Фотоприемников с лавинным умножением, в том числе управляемых магнитным полем, на основе В11-хЗьх и нг!-хслхТе.

Установленные закономерности поведения эффектов поперечного пробоя и резонансной ударной ионизации при варьировании состава сплавов и внешних воздействиях свидетельствуют о возможности применений этих явлении для создания методов измерения энергетической шели узкощелевых полупроводников-

Разработанные в настоящей работе методы определения скорости ударной ионизации и времени жизни неравновесных носителей заряда на основе данных измерений в режиме заданного тока могут наяти применение при изучении свойств полупроводниковых материалов с высокой проводимостью в сильных электрических полях-

Апробация работы и публикации- материалы диссертации докладывались на IV. V, VI Всесоюзных симпозиумах "Плазма и неустойчивости в полупроводниках" (Вильнюс. 1980, 1983, 1986), V, VI, VII, VIIi Всесоюзных симпозиумах "Полупроводники с узкой запрещенной зоной и полуметаллы" (Львов, 1980. 1983, 1986, 1991), IX, X Всесоюзных конференциях по Физике полупроводников (Баку,--1982; Минск, 1985), V Всесоюзном совещании "Физика и техническое применение полупроводников а2в6" (Вильнюс, 1983), IX научном семинаре "Влияние высоких давлений на вещество" (Киев. 1984), III школе по актуальным вопросам Физики полуметаллов и узкозонных полупроводников (Тирасполь, 1987), XI международной конференции МАРИВЛ "Высокие давления в науке и технике" (СССР, Киев, 1987), III Всесоюзной конференции "Материаловедение халькогенилных полупроводников" (Черновцы, 1991), Первой национальной конференции "Дефекты в полупроводниках" (Санкт-Петербург, 1992), Международной конференции "Узкощелевые полупроводники" (Великобритания, Саутхзмптон, 19921■

По теме диссертации опубликовано 52 печатных работы, список основных публикации приведен в коние автореферата-

ления, семи глав, заключения и списка литературы из 4 73 пунктов-Диссертация содержит 258 стр. текста. 191 рисунок и 3 таблицы-

работы и выбор объектов исследования, Формулируются цели.и задачи работы, ее научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на зашту-

Глава I является литературным обзором, в котором рассмотрены основные результаты экспериментальных и теоретических исследований энергетического спектра, особенностей примесных состояний в узкощелевых полупроводниках, а также излагаются основные представления о разогреве носителей заряда и процессах в электронно-дырочной плазме в сильном электрическом поле.

1- описаны особенности зонной структуры исследованных узкощелевых полупроводников В11-хЗьх, н«1-хС<1хТе и РьТе, а также наиболее употребимые для описания их энергетического спектра модели-Рассмотрена трансформация спектра при изменении температуры, внеш-

Диссертапионная работа состоит из вве

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

обосновываются актуальность темы диссертационной

него давления, а в случае твердых растворов Не)-хС<1хТе и сплавов Е^-хЗЬх и состава-

2- Дан краткий обзор проблемы примесных состоянии в узкоте-левых полупроводниках- для Н«1-хСахТе подробно рассмотрены наиболее раслростроненкые взгляды на природу низкотемпературных аномалии их гальваномагнитнкх эффектов, к которым в материалах р-типа относят двойную инверсию знака коэффициента Холла при изменении температуры и его сильную зависимость от магнитного поля, а в образцах п-типа - достигающий двух-четьгоех порядков рост сопротивления как в поперечных, гак и продольных магнитных полях до 100 кЭ при слабом изменении коэффициента Холла- наряду с обшей формулировкой проблемы примесей 11г группы в РьТе и сплавов на его основе рассматриваются такие эффекты, как стабилизация уровня Ферми и долговременные релаксационные процессы в электронной подсистеме, которые определяют специфику свойств этого класса материалов, в частности, в сильных электрических полях.

3- Приведенные известные результаты изучения- разогрева носителей заряда и пробоя узкошелевых полупроводников в сильных электрических полях свидетельствуют о наличии сложившегося общего теоретического подхода к описанию процессов Формирования ВА.Х и меха- . низмов межзонного пробоя- в то же время, данные экспериментальных исследовании В1[-х3ьх. Нё}-хСахТе, РъТе:ба в сильных электрических полях носят Фрагментарный характер, их результаты в ряде случаев не имеют однозначной интерпретации или даже ошибочны, что делает актуальным проведение дальнейших исследований в этой области.

4- В результате межзонного пробоя в полупроводник? создается эдп высокой плотности, дрейфовые движения бинолярнои плазмы под действием внешнего или собственного магнитного поля, тока могут вызвать перераспределение ее концентрации по сечению образца и привести к развитию неустойчивостей, к числу которых относятся пинч-эФФект (ПЭ) и магнитоконпентрационныя эФФект (МКЭ), досконально теоретически и экспериментально исследованные Фактически лишь на 1пЗь- Это делает весьма интересным изучение этих неустои-чивостей в других узкошелевых полупроводниках с целью проверки развитых теоретических моделей.

В главе II рассмотрена импульсная методика измерения БАХ, скорости ударной ионизации и времени жизни неравновесных носителей заряда. Описаны измерительные установки, методики создания высоких давлений и одноосных деформации, особенности измерений на облада-

юших эффектом задержанной фотолроболимости образцах рьте:Са, процесс приготовления и монтажа образцов. Оцениваются ошибки измерений. приводятся параметры исследованных материалов.

1. В настоящей работе используется в основном импульсная наносекушшая методика- Выбор такой методики определяется малыми характерными временами исследуемых процессов (менее.с) и большими величинами плотностей токов и Ю4 а/см2) или электрических полей (Е <- 2000 в/см). Импульсная наносекунлная методика позволяет избежать сколь-либо существенного для наблюдаемых эффектов разогрева образцов измерительным током. Измерительные импульсы тока (напряжения) с длительностью Фронта и спада менее 1 не Формировались генератором на ртутном реле с накопителями из отрезков коаксиальных линии-

2- Традиционно скорость ударной ионизации и время жизни носителей заряда определяется в режиме заданного напряжения. Однако исследованные сплавы В11-ХЗЪХ имели высокую проводимость, что делало удобным реализацию режима заданного тока и потребовало разработать сотйетствуюшую методику определения « и т. суть предложенного метода состоит в пересчете результатов измерений, выполненных в режиме заданного тока, на условия режима заданного напряжения-

в главе 1;I излагаются результаты исследования электропроводности В11-х5ьх, Нг 1 -хСахТе и РЬТе:(За в сильных электрических полях при низких температурах, поскольку ВАХ этих сплавов исследовались ранее,' то основное внимание уделено дискутируемым вопросам, а также проблемам, которые ранее в литературе не обсуждались.

1- При гелиевых температурах на ВАХ большинства исследованных в настоящей работе образцов характеризовавшихся низкими концентрациями примесных носителей (порядка 1014 чо15см~3) полупроводниковых сплавов В1)-хг,ьх как р-, так и п-типа проводимости, можно выделить, как и на ранее наблюдавшихся, три основных участка: в слабых электрических полях выполняется закон она (проводимость постоянна), далее следует сублинейный участок, где наблюдается уменьшение проводимости и который связан с переходом к доминированию Фо-нонных механизмов рассеяния, а затем проводимость Образцов начинает вследствие межзоннсго пробоя быстро возрастать с увеличением электрического поля, что, з некоторых случаях, сопровождается возникновением на. ВАХ области с отрицательной дифференциальной проводимостью (ОДЛ) Б-типа. Наиболее реальным представляется механизм образования у полупроводников В11-хЗьх 3-образкых БАХ, основанный

на учете растущего влияния электрон-электронного рассеяния по мере генерации носителей при пробое на вид функции распределения при рассеянии на оптических Фононах- При этом удается объяснить экспериментально наблюдаемое влияние на олп температуры, состава и качества образцов.

в условиях разогрева носителей заряда на сплавах В11-хЗьх обнаружено появление стимулированной электрическим полем анизотропии проводимости в базисной плоскости. Такие установленные экспериментально особенности явления, как смена знака появляющегося поперечного электрического поля при прохожденении кристаллографических осей и вполне определенная угловая зависимость, находят объяснение в рамках теории эффекта Сасаки-Шибуи при учете известной многодолинности этих полупроводников и сильной анизотропии спектра в каждой из долин, многодолинныи характер спектра В11-хЗъх проявляется также в сложной, причем зависящей от типа проводимости, картине трансформации их ВАХ при сильном одноосном сжатии-

2- БАХ изученных полупроводников Не 1 -хС<1хТе при гелиевых и азотных температурах имеют в- целом вид, характерный дйя узкощелевых полупроводников, в частности, описанных выше сплавов В11-хзъх, при низких температурах- Проведеный на основе кинетической теории в приближении электронной температуры анализ механизмов Формирования ВАХ Н81_хСахТе позволяет связать сублинейность ВАХ в допробои-нои области, где доминирует рассеяние на полярных оптических Фононах, с уменьшением подвижности-из-за роста эффективной массы при увеличении средней энергии носителей- в сплавах с низкой слабополевой подвижностью (н- ! ю4 см2/в/с) существенную роль играет рассеяние на ионизированных примесях, эффективность которого уменьшается с ростом энергии электронов, что приводит в таких материалах к возникновению суперлинейного участка ВАХ, расположенного между омическим и сублинейным участками-

Измерения эффекта Холла показали, что исследованные сплавы НЁ1-хСахТе можно разделить на две группы по типу повеления коэффициента Холла 1?х от электрического поля- У образцов первой группы величина % постоянна в полях Е £ 100 В/см, несколько уменьшается в области сублинеиности ВАХ и сильно падает в области пробоя- У образцов второго типа коэффициент Холла сначала значительно возрастает одновременно с увеличением проводимости, затем проходит через максимум и падает в развитом пробое- При этом у первого типа материалов слабополевсй практически не зависит от магнитного

поля и температуры в области примесной проводимости, что соответствует п-типу проводимости в этих сплавах. У второй группы наблюдаются аномалии: инверсия знака с электронного на дырочный в магнитном поле и немонотонная зависимость йх от температуры, что указывает на смешанный характер проводимости, то есть на наличие двух типов носителей, причем дырок много больше, чем электронов, тогда, поскольку в материалах п-типа вследствие более высокой подвижности электронов электронный иклад в эФФект холла Есегла доминирует над дырочным, при пробое абсолютная величина йх естественно должна падать по мере роста числа электронов, а некоторое ее уменьшение в области сублинейности обусловлено, вероятно, уменьшением Холл-Фактора- Что касается сплавов со смешанным типом проводимости, то в них электронный и дырочный вклады в эффект Холла сравнимы по величине в долробойной области. По мере генерации электронно-дырочных пар вклад электронов начинает возрастать, что приводит к росту абсолютной величины йх, а в области развитого пробоя электронный вклад становится существенно больше дырочного, и падение Ех, как и в материалах п-типа. отражает рост числа электронов. Таким образом, наблюдаемые злектрополевые зависимости коэффициента Холла связаны с межзонным пробоем в полупроводниках Нб1-хСс1хТе и обусловлены разной степенью неоднородности сплавов-

3- Установлено, что ЕАХ высокоомных образцов РьТе<6а> при гелиевых и азотных температурах количественно и качественно отличаются от ВАХ нелегированных сплавов РьТе- Так, омический участок прослеживается обычно лишь при т>70 К- Но ив этом случае уже при ЕМ в/см наблюдается отклонение от линейности, причем ВАХ становится суперлинейной, а не сублинейной, как в чистом сплаве-

При обсуждении результатов для высокоомных образцов следует прежде всего отметить, что в полном соответствие с данными Акимова с Сот-р- исследованные сплавы РьТе с примесью ба Ы(за = о- 3^0- 4 ат-переходили пси низких температурах в диэлектрическое состояние, природа которого в стабилизации уровня Ферми примесным уровнем, расположенным в запрещенной зоне- Тогда качественное отличие наблюдавшихся ВАХ от ВАХ нелегированного РьТе естественно объяснить тем, что если в последнем электроперенос осуществляется по делокализованным зонным состояниям, то в изученном РьТе:За при низких температурах определяющей является проводимость по локализованным примесным состояниям для материалов с %а = 0- 3^0- 4 ат- к, либо для характеризующихся отсутствием заметного изменения коэФФи-

циента Холла по мере Фотогенерации носителей сплавов с N(3a=0- 2ат. '/.

- проводимость по состояниям, локализованных в ямах крупномасштабного потенциального рельефа, а для примесной проводимости характерна суперлинейность БАХ в сильных электрических полях (в частности, при неомическои прыяковои проводимости ЕАХ следуют закону inj ~ Е1/1-который удовлетворительно описывает экспериментально полученные зависимости). Аналогично объясняется установленная трансформация вида ВАХ при повышении температуры выше 150 К: по " мере термической генерации носителей заряда происходит переход к зонной проводимости от электропереноса по локализованным состояниям и на ВАХ РьТе-.Ga, как и в РъТе, появляются заметный омический и сублинейный участки.

Глава ГУ посвяшена исследованию межзонного пробоя в Bij-xSbx и Не5-хСахТе, причем основное внимание уделяется изучению динамики явления, процесс межзонного пробоя в электрическом поле определяется величиной пороговой энергии ударной ионизации и разогревом носителей заряда. Вследствие чего идеальными объектами для прояв; ления межзонного пробоя являются узкошелевые полупроводники. Те же причины (малые значения энергетических шелеи и масс, высокие подвижности носителей заряда), что делают узкошелевые полупроводники наиболее удобными объектами для исследования межзонного пробоя, определяют сильное влияние магнитного поля в них как на энергетический спектр, так и на кинетику носителей заряда- Поэтому при изучении узкощелевых полупроводников естественно специально исследовать влияние магнитного поля на межзонный пробой, которое может быть вызвано не только изменением условий разогрева носителей заряда, но также и изменением пороговой энергии ионизации вследствие перестройки энергетического спектра-

1. Экспериментально исследованы скорость ударной ионизации g и время жизни носителей заряда т в'полупроводниках Bii-xSbx (0-065

- X s 0-' 17) п- и р-типа проводимости при температурах 2 00 к, в магнитных полях до 60 кэ и при одноосном сжатии вдоль бинарной С2 и биссекторнои Cj осей до деформации -0-3*-

Совокупность имеющихся данных о времени жизни носителей в Bii-xSbx, в частности, увеличение с температурой и концентрационные зависимости, удается в целом объяснить, если предположить, что в области слабой накачки доминирует рекомбинация Шокли-Рида- полагая,' что связанное состояние локализовано, например, вблизи L-to-чек зоны Бриллюзна, удается связать наблюдаемое в области X > 0-15

увеличение т с известной перестройкой энергетического спектра (появление тяжелых Н(2) дырок!, а неизменность величины т при одноосных деформациях тогда естественно объясняется известной жесткостью спектра в каждой из ь-долин. возможность возрастания времени т в магнитном поле для однофононного механизма захвата на центры теоретически показана Абакумовым с соавт- и Поварским с Чайковским-

Полученные зависимости в от величины электрического поля у В11-хЭ^х могут быть апроксимированы в исследованном интервале полей Е успешно применявшейся и для других полупроводников зависимостью: в = в0-ехр(-А/Е). где А и г0 - константы- в области 0-085 ; X < 0- 15 величина £ растет, а параметр а падает при уменьшении X, прежде всего, вследствие падения пороговой энергии ударной ионизации вследствие уменьшения шели- Нельзя исключать также влияние изменения длины свободного пробега носителей и возможности смены доминирующего механизма рассеяния энергии при уменьшении шели- При увеличении температуры в качественном согласии с теорией думке, развитой для 1пЗь, наблюдается заметный рост величины в в области слабых пробойных полей Е и ее падение в больших- Зависимость скорости ударной ионизации от величины продольного магнитного поля носит анизотропный и немонотонный характер- Для всех ориентация первоначальное уменьшение е сменяется ростом в больших магнитных полях, причем при НйЛСз (Сз-тсигональная ось) величина 8 может превысить исходное значение на порядок и более, а для ориентации НШС) и н/ШСг в этой области отмечаются резонансы скорости ударной ионизации-- Уменьшение величины 8 в слабых магнитных полях, видимо, как в аналогичном случае у 1п5ь, связано с уменьшением разогрева носителей, а ее дальнейшее поведение, вероятно, в значительной степени обусловлено эффектом резонансов скорости ударной ионизации.

2- Измеренные в полупроводниковых сплавах НВ]-хС<!хТе зависимости скорости ударной ионизации от напряженности электрического поля, отражая экспоненциальный характер функции распределения ионизующих электронов, хорошо аппроксимируются в исследованном интервале полей выражением вида; £ = к0ехр(Е/Е0), ®о и Ео ~ кок~ станты для каждого сплава, величина £ падает с увеличением содержания кадмия в сплаве и с ростом температуры от 4- 2 ло 77 К, что связано с увеличением пороговой энергии ионизации вследствие увеличения ширины запрещенной зоны. При исследовании влияния магнитного поля на скорость ударной ионизации, ВАХ и магнятополевых

зависимостей проводимости полупроводников Не¡-хСахТе при 4- 2 К оказалось, что наряду с обычным эффектом подавления пробоя в некотором диапазоне полей происходит интенсификация ударной ионизации.

В поперечных магнитных полях рост 8 в Н«о. 80Са0- 20Те достигал порядка. Причем, изучение образцов разной геометрии показало, что интенсификация пробоя происходит одинаковым образом на прямоугольных и гантелеобразных образцах- Воздействие магнитного поля на ВАХ одинаково также при измерениях напряжения на всем образце и на его центральной части, следовательно, усиление пробоя происходит в объеме образца и не связано с контактами- В то же время интенсификация пообоя не отмечается в геометии "закороченного поля Холла", т. е- на образцах, длина которых намного меньше размера в холлов-ском направлении. Таким образом, эффект связан с влиянием магнитного поля на ударную ионизацию и может быть объяснен в рамках предложенного Тодои и гликсманом механизма поперечного пробоя. Наблюдаемый сдвиг максимума интенсивноности пробоя в сторону больших магнитных полей с увеличением содержания кадмия или давления связан, как следует из развитой Половым микроскопической теории поперечного пробоя, с увеличением циклотронной массы электронов при росте ширины запрещенной зоны-

3- влияние перестройки энергетического спектра в системе сплавов Не {-хС<1хТе в сильном магнитном поле на пробои наиболее

Нв1-хС<1хТе (X < 0- 16) при 4-2 К- и при продольной, и при попереч-ноя ориенташшх поля в результате перехода пол действием магнитного поля образцов Н«1-хСахТе из бесшелевого (или полуметаллическо--го) состояния в полупроводниковое на ВАХ появляется, как это ранее наблюдалось прежде всего на Н8}-кСахТе р-типа, ярко выраженный участок пробоя через открывающуюся щель, и поле пробоя возрастает с.увеличением щели- При больших, отвечающих Пробою, плотностях измерительного тока зависимости продольного магнитосопротивления от мягнитнгугп_па.дя у Галделакых полупроводников Не 1 наряду

с обусловленным переходом в полупроводниковое состояние и последующим увеличением запрещенной зоны монотонным ростом характеризуются наличием максимумов заметной амплитуды, которые можно связать с магнитоФононными резонансами- При этом обнаруженное появление максимумов сопротивления в пробойных электрических полях объясняется падением концентрации неравновесных носителей заряда вслед-

дырок с испусканием оптических Фононов всякий раз. когда зазор между электронными и дырочными уровнями становится кратным энергии оптического Фонона.

В главе V изложены результаты исследований эФФекта резонансов скорости ударной ионизации в сплавах В1)-х3ьх в квантующих магнитных полях-

1- Для ориентации н/инС) и нклгСг на полупроводниковых сплавах В11-хЗьх в области квантующих магнитных полей при гелиевых температурах наблюдались резонансы скорости ударной ионизации, которые проявляются также в виде максимумов динамической и стационарной магнитопроводимости при измерениях в области пробойных электрических полей- магнитные поля при которых наблюдаются максимумы е и проводимости или минимумы магнитосопротивления, не зависят от типа проводимости и концентрации носителей, но уменьшаются с уменьшением содержания сурьмы в сплаве, т- е- с уменьшением величины прямой энергетической щели в Ь-точках зоны Брил-люэна- Поля % зависят также от ориентации- Так при НШСг они в ~1- 7 раза меньше, чем на сплаве того же состава при Ш.1 Непрямые измерения скорости ударной ионизации у образцов, ориентированных вдоль оси С3, в сильных магнитных полях затруднены вследствие большого отрицательного магнитосопротивления. Однако на ряде сплавов, в частности благодаря использованию метода двойного численного дифференцирования, осцилляции сопротивления при больших отвечающих области пробоя плотностях измерительного тока наблюдались и в этом случае, но проследить зависимость Нц от содержания сурьмы в В1<-хЗьх при этом не удалось-

2- Появление в магнитном поле резонансных максимумов в обусловлено, вероятно, периодическим снятием запрета на внугридслинные Оже-переходы- Запрет налагается законами сохранения энергии и импульса в случае зеркального релятивистского спектра, который в первом приближении и реализуется в актуальных Ь-экстремумах сплавов В1.1 -х3ьх- Запрет, налагаемый на внутридолинные Оже-переходы в релятивистском спектре при Н^О, остается в силе при введении магнитного поля для переходов с участием носителей, для определенности электронов, из К-подэоны Ландау до того момента, пока энергетический зазор между дном нижней (нулевой; и дном Н-оя подзонами Ландау не станет равным Это реализуется при условии:

% ' ^о = ЕеЬ' ' <1>

где £о " энергии fi-ого и нижнего уровней Ландау- При этой, сразу становятся возможными переходы с любым начальным значением импульса, что в конечном счете приводит к резонансному росту с. причем в случае сплавов Bi1-х3ьх в магнитных полях близких к определяемым условием Я)- из (1) при использовании применимой для описания квантовых эффектов легких носителей в Bii-xSbx модели Смита, БараФФа и Роузла получается, что:

i с 2

% = - —— Сщ, (2)

М eíiQ2

где е -заряд электрона, с - скорость света, ь - постоянная планка. Q - комбинация из межзонных матричных элементов оператора скорос-,ти. м-1.2. 3. - • • С помощью (2) удается количественно описать зависимость Нм от состава сплава и ориентации образцов- правда, для лучшего согласия с экспериментом по угловым зависимостям магнитных полей Hfj в случае больших циклотронных масс необходимо учитывать отклонение реального спектра сплавов Bii-xSbx от квазирелятивистского и использовать закон дисперсии макклюра и соотношение (1). а не ограничиваться применением выражения (2>-

3- Наличие простой связи между положением резонансов скорости ударной ионизации и величиной прямой энергетической щели (2). а также устойчивость матричных элементов к внешним воздействиям открывает ьэзможность использования эффекта резонансной ударной ионизации для изучения влияния деформации на прямую энергетическую щель, что подтверждено экспериментами на Bii-xSbx в условиях всестороннего и одноосного сжатия- Метод является, в принципе, достаточно удобным, поскольку резонансы скорости ударной ионизации проявляются в виде минимумов на Фоне плавного, хода достаточно просто получаемых магнитополевых зависимостей сопротивления в области пробивных электрических полей, а также применимым к полупроводни? кам с (^сложным многодолинным спектром-

глава vi посвяшена изучению эффектов, связанных с примесным пробоем уэкошелевых полупроводников в сильном электрическом поле-

1- Вследствие малости эффективных масс и высоких значений диэлектрической проницаемости при достижимых концентрациях электроактивных примесей в узкошелевых полупроводниках обычно выполняется условие сильного легирования- В результате пробои с мелких примесей удалось' наблюдать на Bi!-xSbx Брандту с Яковлевым лишь в условиях магнитного вымораживания при сверхнизких температурах-

как показали измерения, сильное магнитное поле аналогично существенно влиА'ег на вил БАХ в полупроводниках Нв5-хС<1хТе п-типа в относительно слабом электрическом поле, где при Н=0 выполняется закон Ома- в таких сплавах в продольных и поперечных магнитных полях 10'60 кЭ при гелиевых температурах ВАХ становятся суперли-неиными уже при ЕМО В/см- Лля выяснения природы этого эффекта были измерены зависимости магнитосопротивления исследованных образцов от температуры- оказалось, что при Фиксированной величине магнитного поля в диапазоне 10^-60 кэ сопротивление к образцов сильно падало при увеличении температуры Т, причем в диапазоне Т = 10'60 К зависимости Ш1/Т) имели актив анионный характер с энергией активации порядка 1 мзВ, увеличивающейся с ростом магнитного поля-При сверхнизких температурах до 0- 2 К в магнитном поле наблюдались зависимости Я(1/Т) с переменной энергией активации- Таким образом, в магнитном поле около Ю кЭ происходит переход от металлической проводимости к активационной- Как показывают оценки,, механизм этого перехода в исследованных сплавах п-не1-хСахТе тот же, что и предложенный Араповым с соавт- : в ультраквантовом магнитном поле электроны локализуются в ямах потенциального рельефа, существующего в этих сплавах. В сильном электрическом поле происходит активация локализованных электронов на уровень протекания, что и приводит к наблюдаемой суперлинейности ВАХ в полях ЕМО В/см-

2- В ходе исследований ВАХ обладающих эффектом задержанной Фотопроводимости образцов РЫеЮа обнаружено, что в области гелиевых и азотных температур при Е!300 * 1000 В/см наблюдается возрастание проводимости со временем, происходит переключение в низкоом-ное состояние. При этом при выводе поля на ВАХ наблюдается гистерезис: кривые располагаются выше по значениям тока, чем записанные при вводе поля. Е результате переключения сопротивление образца при Е-*0 может упасть на 7^8 порядков, а ВАХ принять обычный лля чистых сплавов РьТе вид с протяженным омическим и сублинейным участками- Как показали измерения на импульсах разной длительности (0. 03' 10 мкс) и частоты следования <1^100 Гц) эФФект переключения не связан с термическим разогревом, а ¡носит чисто электронный характер- При этом в области 7=4- 2 40 К время релаксации неравновесной проводимости достигает 105с. а при более высоких температурах оно быстро падает и при 77Н составляет 10"2-И0~3 с. Относительная скорость роста проводимости при переключении в полях 1000^2000 В/см составляет ю5ч06 с"' при 77 К, а при 4- 2 К падает

до юз с"1 и менее, это на 3*6 порядков ниже, чем скорость ударной ионизации электронами проводимости, что вместе со слабой чувствительностью эффекта переключения к внешнему магнитному полю и давлению указывает на определяющую роль процесса активации носителей с при^сных состояний в механизме наблюдаемого явления- Установленная зондовыми измерениями пространственная неоднородность распределения проводимости образцов РъТе:Са после переключения в низ-коомное состояние указывает на определенную роль инжекции в инициирование процесса переключения.

в главе V!I излагаются результаты исследований неустойчивос-тея в появляющейся при межзонном пробое узкощелевых полупроводников ЭЛЛ- Основное внимание в ней уделено изучению ПЭ, возникающего под действием собственного магнитного поля тока, и МКЭ во внешнем перпендикулярном току магнитном поле в полупроводниковых сплавах НВ1-кС0хТе и В11 -хЗЬх.

1- В области развитого пробоя при величинах тока 1!!к=зм А ВАХ образцов полупроводников не 1 -хсахт«; отклонялись от вертикали и их крутизна уменьшалась- В этой области токов, называемой обычно областью аномального сопротивления, наблюдалось также отрицательное продольное магнитосопротивление.

динамика установления напряжения на образце при подаче прямоугольных импульсов тока также изменяется в области аномального сопротивления- Если при к1к происходит только спад напряжения во времени вследствие генерации носителей при пробое, то при 1Пк после спада отмечается подъем, и выход на стационарное значение может сопровождаться затухающими колебаниями. Измерения времени линчевания тр, равного промежутку от начала пробоя до установления аномального сопротивления или до первого максимума при колебательном процессе, показали, что тв уменьшается с ростом тока: тр~ 1*1.

В присутствии продольного магнитного поля величиной до 2 кЭ вертикальность ВАХ восстанавливается. При этом участок роста-напряжения на импульсах по мере увеличения магнитного поля сначала становится все менее выраженным, а затем вовсе исчезает.

Перечисленные особенности динамики установления аномального сопротивления в ЭДП, созданной в результате межзонного пробоя, и его подавление в продольном магнитном поле у Не[-хСйхТе качественно сходны с проявлением ПЗ в 1п5ь. Это свидетельствует о правильности предположения о пинчевании ЗЛП. б сплавах Не ] ->:СахТе, сделанном в работе-Копылова. В теории ПЭ аномальное сопротивление

связывается с возрастанием электронно-дырочного рассеяния и нелинейной рекомбййапии в канале пинча.

критерий Беннета для критического тока линчевания 1к оказывается выполним при разумных для н««-хС<1хТе значениях входящих величин. Время пинчевания можно оценить по Формуле:

с2 й02

тр : -, (3)

4 ^ Уд I

где - радиус образца, - дреи«ювая скорость электронов, -подвижность дырок. Экспериментальная зависимость тр ~ ¡-I соответствует (3). Тот Факт, что время пинчевания при 77 К больше, чем при 4-2 к, также согласуется с (3), поскольку при повышении температуры падают подвижности носителей. Численные опенки, сделанные согласно (3), дают значения тр = <2*4)■10"7с. что удовлетворительно согласуется с результатами измерений.

Подавление ПЭ б продольном магнитном поле происходит благодаря уменьшению радиального амбиполясного потока при выполнении условия замагниченности-

2- Все связанные с ПЭ особенности, о которых говорилось выше, наблюдались и на сплавах Б11-ХЗЬХ. Это свидетельствует о правильности предположения о линчевании элп в В1}-х5ьх, сделанного Бранд-том с сотр. только на основании данных о наблюдении отрицательного магнитосопротивления в области аномального сопротивления.

Вместе с тем, согласно полученным экспериментальным данным, процесс пинчевания в В1¡-х3ък отличается от ПЭ в Нй|-хС<зхТе и 1пЗь прежде всего количественно.относительной малостью времени пинчевания и качественно анизотропией тр и критических магнитных полей разрушения г-пинча.

Соотношение <3) позволяет оценить время пинчевания по порядку величины и указывает, что высокая подвижность ЭЛП у В1;-хЗьх ведет к малости тр ~ ю~9Ч0"8 с. Формула <3) указавает также на возможность сеязи анизотропии тр с анизотропией подвижности носителей заряда. Так, в в11-хзьх тр относительно мало при г я Сз и именно в базисной плоскости компоненты низколЬлевого тензора подвижности максимальны. Однако, для количественкого списания эФФекта, вероятно, необходим учет вклада тяжелых дырок в анизотропию высокополе-' вой подвижности.

Подавление ПЗ у 31; -ХЭЬХ внешним продольным магнитным полем, заметно превосходящим по величине собственное азимутальное магнитное поле тока, обусловлен, видимо, как в аналогичном случае у 1пЗь

и Нв^-кС<1хТе. резким уменьшением радиального потока при выполнении условия эамагничивания- Это позволяет просто объяснить обнаруженную анизотропию критических магнитных полей на основе известных данных об анизотропии эффективных циклотронных масс носителей за-ряда»у сплавов В11-хЗьх. Известный механизм подавления ПЭ в магнитном поле развивающейся винтовой неустойчивостью оказывается у В11-хЗьх малоэффективным прежде всего вследствие малости времени жизни носителей и сильного амбиполярного сноса в этих сплавах-

3- Слабое поперечное магнитное поле й ! 1 кЭ. как оказалось, приводит к существенным изменениям в динамике переходных процессов в полупроводниках не 1-ксйх-те при межзонном пробое-

При подаче на образец прямоугольных импульсов напряжения -зависимости тока от времени при Н=0 и в слабых поперечных магнитных полях практически совпадают в первые 50400 не после началу импульса- Затем при наличии магнитного поля рост тока во времени резко прекращается, и он выходит на стационарное значение, в то время как в случае н=0 ток продолжает возрастать- Это проявляется и в том, стационарная проводимость сильно уменьшается уже в полях н 5 0-5 кЗ, тогда как измеренная через и 20 не от начала импульса динамическая проводимость при этом существенно не меняется. При больших токах выход на стационарное энадение сопровождается затухающими колебаниями с частотой ю^зо МГц, возрастающей с увеличением электрического или магнитного полей-

Совокупность описанных явлений можно объяснить, если связать их с МКЭ. По мере генерации электронно-дырочных пар образен заполняется биполярной плазмой, которая дрейфует в скрещенных полях. Через некоторое время основная масса носителей оказывается сосредоточенной в узком аккумуляционном слое вблизи поверхности- Вследствие малости времени жизни носителей в этой области из-за поверхностной и нелинейной объемной рекомбинации рекомбинационные процессы доминируют над генерационными, что приводит к прекращению роста тока- Периодическое повторение процесса генерации плазмы в объеме и сноса ее к поверхности образна может вызывать, как и при ПЭ, колебания тока, время установления МКЭ можно оценить:

с <1

ТМКЭ - -• <4)

»е^ЕЙ

где й - толщина образцу, ие - подвижность электронов- При типичных значениях параметров образцов Нв1-хсахТе и напряженностея полей из (4) получаете^. \4-fo т^ = (Н2)10"7 с- это согласуется с резуль-

татами измерений. Кроме того, (4) объясняет наблюдавшееся увеличение частруы колебаний при росте полей.

Наблюдение на образцах, имевших грани с различной скоростью поверхностной рекомбинации, "коммутационного" эффекта, который чаше всего используется для идентификации мкэ и состоит в разнице значений проводимости, получаемых-в условиях выноса ЭЛЛ на грань с большей и меньшей скоростями поверхностной рекомбинации, свидетельствует о проявлении мкэ и у полупроводников В11-хЗьх. Эффект выражен слабее, чем в Нв5-хС<1хТе.. Лело в том, что в В11-хЗьх, как можно оценить, толпина аккумуляционного слоя обычно превышает длину амбиполярной диффузии, : а значит изменение концентрации происходит уже на длине амбиполярной диффузии и, согласно теории, невелико по сравнению с ее равновесным значением-

В заключении диссертации сформулированы выводы: 1. Для узкошелевых полупроводников, имеющих'высокую проводимость, разработаны методика определения скорости ударной ионизации на основе измерений динамических вольт-амперных характеристик в режиме заданного тска и методика измерении времени жизни носителей заряда по временным зависимостям сопротивления с применением импульса электрического поля для накачки носителей-

2- Проведены исследования динамики пробоя и времени жизни носителей заряда в монокристаллических полупроводниковых сплавах В1]-ХЗЬХ (0. 0.85!x!0. 17) п- и р-типа проводимости в продольных магнитных полях до 60 кЗ, при сильных одноосных деформациях сжатия вдоль бинарной и биссекторноя кристаллографических осей до О- ЗУ- и температурах 2^30 к-

3. Обнаружено^ что в магнитном поле скорость ударной ионизации в полупроводниках В15-хЗьх меняется немонотонно: перв'сначаль- ' ное паление сменяется ростом. В области квантующих магнитных полей } впервые наблюдались Резонансы скорости ударной ионизации, связываемые со снятием запрета на внутридолинные- Оже-переходы для квазирелятивистского энергетического спектра.

4- Впервые полученные данные о первоначальном подавлении и последующей интенсификации пробоя и соответствующем немонотонном поведении проводимости во всем исследованном диапазоне электрических полей в п-В15-х3ьх при одноосном сжатии вдоль бинарной и биссекторноя кристаллографических осей, а также эФФект монотонного роста проводимости в г.редпробояных электрических полях в сплавах р-В11-х5ьх в этих условиях находят качественное объяснение на

основе известных представлений о происходящей при сжатии перестройке энергетического спектра этих материалов.

5- Комплекс полученых в работе данных о времени жизни носителей заряда, й прежде всего зависимости от температуры и состава сплавов В11-хЗьх. свидетельствует о доминирующей роли рекомбинации Шокли-Рида в полупроводниковых сплавах В11-х5ьх высокой чистоты (п,р 5 10!5 см"3) при малом уровне накачки-

6- Впервые изучена динамика г-пинча в электронно-дырочной плазме полупроводниковых сплавов В11-х5ьх. Установлена связь времени пинчевания и процесса разрушения х-птча. продольным магнитным полем со структурой энергетического спектра и параметрами носителей заряда у полупроводниковых сплавов В1}-хЗьх.

7. Обнаружено появление в сильных электрических полях анизотропии проводимости сплавов В11-хЭьх в бинарно-биссекторнои (базисной) плоскости- основные особенности явления находят объяснение в рамках теории эффекта сасаки-Шибуя.

8- На полупроводниковых сплавах н«1-хСахТе (О- ШХЮ-25> с электронным и смешанным типами проводимости проведены измерения вольт-амперных характеристик, в том числе в условиях сильного до 10 кбар всестороннего сжатия, и зависимостей коэффициента Холла от электрического (Е г 800 В/см> и магнитного полей при гелиевой и азотной температурах; временное разрешение порядка ю-9 с позволило впервые изучить динамику межзонного пробоя, г-пинча и магни-токонпентрационного эффекта в созданной при пробое электронно-лы-рочной плазме.

9- Обнаруженные при 4- 2 К в сильных допробойных электрических полях нелинейности БАХ полупроводников Не ;-хСйх7е объясняются на основе теоретических представлений об эффектах горячих электронов-Установлена связь вида (монотонного или немонотонного) электрополевых зависимостей коэффициента Холла с типом' проводимости сплава-Возникновение в ультраквантовых магнитных полях при гелиевых температурах суперлинейности ВАХ уже при относительно малых напряжен-ностях электрического поля связывается с процессом активации электронов. локализованых в ямах потенциального рельефа.

10- впервые в полупроводниковых сплавах н«1-хсахте измерены зависимости скорости ударной ионизации от величины электрического и магнитного полей. Обнаружено, что увеличение температуры или содержания кадмия в сплаве вызывает уменьшение скорости ударной ионизации. В слабых поперечном и продольном магнитных полях при

гелиевой температуре наблюдалась интенсификация межзонного пробоя. В случае поперечного поля это явление объясняется на основе теории эффекта поперечного пробоя, позволяющей в частности количественно описать влияние состава сплава и высокого давления на полученные в области пробойных электрических полей иагнитополевые зависимости проводимости- Подавление пробоя сильным магнитным полем связывается с уменьшением разогрева носителей заряда и с увеличением энергетической щели, а значит и пороговой энергии ударной ионизации-

11- На снятых при больших, отвечающих области межэонного пробоя, плотностях измерительного тока магнитополевых зависимостях сопротивления бесщелевых полупроводников Нв1-хСахТе (X = 0-135 и

О- 145) наблюдались осцилляции, появление которых связано с падением времени жизни неравновесных носителей в условиях магнитоФонон-ного резонанса, что позволило количественно описать влияние всестороннего сжатия на положение особенностей-

12- Установлены и объяснены зависимости времени линчевания электронно-дырочной плазмы полупроводников Hg¡-xCc¡KTe от тока и температуры- Наблюдавшееся впервые изменение динамики развития-пробоя пол влиянием поперечного магнитного поля и возникающие при этом токовые неустойчивости с частотой около 10 МГц связываются с магнитокониентраиионным эффектом-

13- Впервые выполнены исследования ВАХ сплавов РьТе с примесью О- И1-0 ат.'/■ ба-в широкой области электрических полей S ¡ 2000 В/см и температур 4-2 * 150 К и при давлениях до 16 кбар-

14- Установлено, что темновые ВАХ обладающих эффектом задержанной фотопроводимости образцов P*>Te:Ga при температурах 4-2 *

120 К являются, начиная уже с полей Е ¡ 1 В/см, суперлинеинши в широком интервале электрических полей, что качественно отличается от присущих нелегированному РьТе ВАХ и объясняется з рамках теории нелинейной прыжковой проводимости-

15- В области гелиевых и азотных температур обнаружен и изучен эФФект переключения обладающих задержанной Фотопроводимостью образцов РьТе:Ga в кизкоомное состояние сильным электрическим полем Е - 30О-МООО В/см- При гелиевых температурах время релаксации стимулированной электрическим полем проводимости превышает íoMoSc. а рост проводимости в наиболее высокоомкых образцах при нормальном давлении достигает семи-восьми порядков Эффект переключения в низкоомное состояние при гелиевых температурх наблюдается до давлений 1445 кбар- Данные о характере изменения времени

релаксации стимулированной электрическим полем проводимости и динамике переключения с температурой указывают на сеяэь зФФекта с процессами активации носителей из локализованных примесных состояний в зонные.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бвандт H.H.. Богданов Е-ОЗ-. Снегирев В. В., Яковлев Г. Л. МагнитоФононный резонанс на горячих электронах у полупроводниковых сплавов Bio, 9oSbo- ю- -фнт, 1980, т. 6. N 8, - С. 1028*1032.

2.. Богданов Е- В.. Бранят Н. Б., Мананков В- М., Яковлев Г- Л-Рекомбинация горячих носителей тока в полупроводниковых сплавах висмут-сурьма-- ФТП» 1981. т. 15. в. 4. с. 810-813.

3- Богданов Е- В-. Брандт Н. Б., мананков в. м., Яковлев Г. Л. Измерение скорости ударной ионизации в полупроводниковых сплавах висмут-сурьма. - ФТП. 1981. т. 15. в. 4. с. 813-815.

4- Богданов Е. В.. Бранят Н-Б.. Мананков В. М-. Резонансная ударная ионизация у полупроводниковых сплавов Bij-xsbx в магнитном поле- - Письма в ЖЭТФ, 1982. т. 35. в. 2. с. 75-77.

5- Богданов Е- В., Брандт Н. Б-. Мананков В. н.. Флекшман л. с. Ударйая ионизация и рекомбинация носителей заряда у полупроводниковых сплавов висмут-сурьма в сильных продольных магнитных полях-- ФТП. 1982. т. 16, в. 2. с. 373-376.

6. Богданов Е. В.. Брандт н. Б.,' Мананков В- М- ■ Флеишман л. с. Динамика z-пинча в полупроводниковых сплавах висмут-сурьма. -ФТП, 1982, т. 16, В. 8, С. 1434-1439.

7. Богданов Е- В.,. Владимиров В- В. , Горшков В. Н- Комбинированный пробой в полупроводниковых сплавах висмут-сурьма- - жэтф, 1983. Т. 84. В. 4. С. 1468-14738- Bogdanov Е-V. . Vladirairov V-V. , GorsîiKov V.U. Combined

breakdown In bismuth-antimony semiconductor alloys. - Solid State Communs. , 1983, v. 46, N 2, p-193-196-9. . Богданов Е- В., Брандт HÏ Б-, Флеишман Л. С. Исследование ско-роЬти ударной ионизации в сплаве Hsq, 80Cd0. 20Те- -Вести. Моск. Ун-та. Сер. 3. Физика, астрономия. 1983, т. 24. N6, с-92-95-Ю- Богданов É. В.. Брандт н. Б., Мананков В- М-, Флеишман л. с. рекомбинация носителей заряда в полупроводниковых сплавах Bii-3jSbx. - ФТП, 1984. т. 18. в. 7. с- 1263-1268-

11. Богданов Е-В. , Брандт Н- Б- . Флейшман Л. С. Исследование скорости ударной ионизации в сплаве Н60. 80Cd0- 207е. - ФТП, 1984. Т.В. 6, С. 1021-102412- Bogdanov Е-V-. Brandt М-В-, Flevshraan L- S- . Popov V-L-

Avalanche breaKdown in narrow gap semiconductors in crossed fields. - Solid State Communs-. 1983. v. 53. M 1!. P. 947-95213- Богданов E. E. , Флейшман Л. С- Неустойчивости в электронно-дырочной плазме полупроводников Hgj.xCdxTe. - Вестн. Моск. Ун-та. 'Сер-3, Физика- астрономия, 1985, т-26, N 2, с- 91-9414- Богданов Е. В., Кульбачинский В. а. , Флейшман л. С. , Боднарук о. а. , Горбатюк И. Н. , Раренко И- М. Узкощелевые полупроводники CdxHß;-xTe в сильных электрическом и магнитном полях- - Вестн-Моск. Ун-та. Сер. 3, Физика. Астрономия, 1985- т. 25, К 4, с. 99-103.

15- Богданов Е. В. , Попов В-Л. . Флейшман Л-С. Электрический пробои в НйJ -xCdxTe в скрещенных полях. - ФТП, 1985. т. ю, в. 11,

с. 1929-1934.

16- Богданов Е. В-. Флейшман Л. С. Влияние давления на резонансную ударную ионизапию в полупроводниковых сплавах висмут-сурьма- -В сб. : Действие высоких давлений на вешество- Киев: Наук. лун. 1986, с. 18-2117. Богданов Е-В., лавренюк М-ю-, Минина Н-я. деформационные

потенциалы запрещенной зоны у полупроводникового сплава Biß. gSbQ. i и определение прямых энергетических щелей с помощью резонансной ударной ионизации- - ФТП, 1988, т- 22, в- 2, с. 1348-1352- '

18- Bogdanov Е-V-, Klnina К. Ya- Resonant impact ionization in Bi-Sb alloys under uniform compression and strong uniaxial déformât ion.In: High pressure science and technology. Proc-XI AIRAPT 'int. Conf. . Kiev* ¡989, v. 3, p. 132-135.

19- Bogdanov E.V., Komarkov D. A-, KraaK W- Pressure dependence of the direct energy gap in Bii-xSbx semiconductor alloys- -Phrs. Status Solidi (b). 1990, v. 160, N 1, p-K33-K36-

20. Богданов Б. В. , Заставный Ю- В. МагнитоФононнш резонанс и

i

эффект поперечного пробоя в справах Hg;-xCdxTe лсд-давлением. - ФТП, 1990, т-24, в. 3, с. 565-568-

21- Бенеславскии с. Л-, Богданов Е- В- ■ Мананков В-Н-. Попов Е-Л-. Флейшман Л- с. Резонансы межзонноя ударной ионизации в полупроводниках Bii-xSbx в квантующем магнитном поле.- ЖЗТФ, 19SO. г. 98, в. 5(11), с. 1790-1803.

22- Богданов Е. В-, Шишкин Л- Л. вольт-амперные характеристики и динамика развития пробоя в полупроводниковых сплавах висмут-сурьма при одноосном сжатии. - вестн. Моек- Ун-та. сер- 3, Физика, астрономия, 19S0, т. 31, N 5. с. 74-7823- Богданов Е-В- Эффект Сасаки-Шибуи в многодолинкых узкешелевых

полупроводниках Bil-xSbx--ФТП, 1991, т. 25, в. 11, с. 2028-2033. 24- Богданов Е-В., Кустова т. г. стимулированная электрическим полем анизотропия проводимости в узкошелевых полупроводниках висмут-сурьма. -Вестн- Моск. Ун-та. Сер. 3. Физика- Астрономия, 1992, т. 33, N 1. с. 91-9525- Benes lavskij S-D-, Bogdanov E. V. . Fleyshman L- S- . Manankov

V. И. ■ Popov V- L. Resonances of interbank impact Ionization in narrow gap semiconductors in quantizing magnetic field. Theory and experiment. - Semicond. Set-Technol. , 1992, v. 7, N1, p- 109-11825- Bogdanov Е- V- SasaKi effect in the narrow gap semiconductor Bii^xSbx alloys.- In: Narrow gap semiconductors. Proc. Int. Conf. , Southampton, 1992, P. 130. 27- Акимов Б. A-. Албул А. В., Богданов Е-В., Ильин В. Ю- Вольт-амперные характеристики и эФФект переключения в низкоомное состояние в РьТе<Са> при низких температурах- - ФТП. 1992, Т-25, в-?, с- 1300-1305. 2В- AXimov В-А-. Albul А-У-. Bogdanov Е-V- Low-temperature

switching in PbTe(Ga) at high electric fields- - -Semicond. Sci. Technol-,' 1993. v. 8. N15. p. S447-S450-■ 29- АкимовБ-A-, Албул.А-В., Богданов Е-В. Формирование

вольт-амперных характеристик в сплавах PbTe<Ga> при низких температурах- - Известия РАН. неорг. матер.. 1952, т-28. н 12, с. 2377-2382

Типография. ЦНИЭИугем. Эмм щ 81