Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2023
Автор:	Гайдар, Г.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2023
Назва видання:	Доповіді НАН України
Теми:	Фізика
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/195864
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності / Г.П. Гайдар // Доповіді Національної академії наук України. — 2023. — № 3. — С. 31-39. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-195864
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1958642023-12-07T16:16:04Z Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності Гайдар, Г.П. Фізика 2023 Article Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності / Г.П. Гайдар // Доповіді Національної академії наук України. — 2023. — № 3. — С. 31-39. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2023.03.031 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/195864 621.315.592 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Фізика Фізика
spellingShingle	Фізика Фізика Гайдар, Г.П. Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності Доповіді НАН України
format	Article
author	Гайдар, Г.П.
author_facet	Гайдар, Г.П.
author_sort	Гайдар, Г.П.
title	Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності
title_short	Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності
title_full	Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності
title_fullStr	Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності
title_full_unstemmed	Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності
title_sort	деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2023
topic_facet	Фізика
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/195864
citation_txt	Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності / Г.П. Гайдар // Доповіді Національної академії наук України. — 2023. — № 3. — С. 31-39. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT gajdargp deformacíjníefektiukristalahgermaníûdírkovoíprovídností
first_indexed	2025-07-17T00:07:40Z
last_indexed	2025-07-17T00:07:40Z
_version_	1837850545154424832
fulltext	31 ОПОВІДІ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3: 31—39 ФІЗИКА PHYSICS Ц и т у в а н н я: Гайдар Г.П. Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3. С. 31—39. https://doi.org/10.15407/dopovidi2023.03.031 © Видавець ВД «Академперіодика» НАН України, 2023. Стаття опублікована за умовами відкритого до- ступу за ліцензією CC BY-NC-ND (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/) https://doi.org/10.15407/dopovidi2023.03.031 УДК 621.315.592 Г.П. Гайдар, https://orcid.org/0000-0003-2077-3484 Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ E-mail: gaydar@kinr.kiev.ua Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності Представлено академіком НАН України О.Є. Бєляєвим На монокристалах p-Ge з питомим опором ρ300K ≈ 16 Ом·см одержано при 300 і 77 K польові залежності кое- фіцієнта Холла за умов X  \|\| j  \|\| [100] і X  \|\| j  \|\| [111] (магнітне поле H  спрямоване вздовж напрямку [1 1 0], j  — струм крізь зразок) за різних значень тиску X  . На зразках обох кристалографічних орієнтацій при 77 K (за відсутності та за наявності тиску) виявлено тонку структуру польових залежностей коефіцієнта Холла, пов’язану з анізотропією зони важких дірок. Виявлено істотне згладжування тонкої структури зі збільшенням тиску. Показано якісно різну поведінку коефіцієнта Холла з тиском у слабких і більш сильних магнітних полях. Одержано залежності питомого опору та поздовжнього магнітоопору з тиском, виміряні за температури рідкого азоту на тих самих зразках двох кристалографічних орієнтацій. Виявлено чітко виражену анізотропію тензоопору і тензо-холл-ефекту як за відсутності, так і за наявності тиску. Вста- новлено, що основна перебудова деформованої сфери важких дірок вихідного кристала в еліпсоїди відбува- ється (у зразках обох орієнтацій) в інтервалі X ≤ 0,6÷0,7 ГПа, а в разі подальшого збільшення тиску пара- метри еліпсоїдів, що утворилися, змінюються відносно слабко. Виявлено у зразках обох кристалографічних орієнтацій відмінність від нуля поздовжнього магнітоопору \|\| 0 1 ( )H f X    , а також різко виражену його анізотропію, яка не зникає до найбільших тисків, досягнутих в експерименті. Показано тенденцію до зрос- тання поздовжнього магнітоопору зі збільшенням тиску за умов X  \|\| j  \|\| [100] і 77 K. Ключові слова: германій, діркова провідність, гальваномагнітні ефекти, деформаційні ефекти. На сьогодні германій є стратегічно актуальним багатодолинним напівпровідником. Його широко використовують для виготовлення деталей оптичних систем інфрачервоної тех- ніки, зокрема, в інфрачервоних спектроскопах та іншому оптичному обладнанні, яке вимагає надзвичайно чутливих інфрачервоних датчиків [1—3]. На основі гетерострук- тур Ge/GaAs створюють прилади сенсорної електроніки, такі як фотоприймачі, сенсори температури, деформації та магнітного поля. Виявлений в структурах In/Ge/In ефект ве- ликого додатного магнітоопору може бути корисним для створення магнітних датчиків 32 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 3 Г.П. Гайдар на основі германію [4]. Оксиди германію (GeO2 і GeOx) можуть бути перспективними для створення мемристорів завдяки високій щільності дефектів (вакансій кисню), які є пастками для носіїв заряду [5, 6]. В останні роки германій розглядають в якості відповід- ного матеріалу для підвищення швидкодії транзисторів і в якості активного середовища для оптоелектронних і плазмонних пристроїв [7—9]. Отримання багатошарових масивів квантових точок германію в кремнієвій матриці є перспективним з точки зору викорис- тання в сонячних елементах [10]. Монокристали германію істотно змінюють свої фізичні характеристики в умовах дії різних фізичних впливів [11, 12]. Переважна більшість практично важливих і найцікаві- ших у науковому сенсі особливостей Ge р-типу нерозривно пов’язана з виродженням ва- лентної зони в точці k  = 0, а також із добре вираженою анізотропією ефективної маси важ- ких дірок, яка в першому наближенні теорії деяких кінетичних ефектів не враховується. Експериментальне виявлення внеску в кінетичні ефекти згаданих вище чинників має створювати передумови для перевірки і обґрунтування фізичних моделей, які використо- вуються в процесі аналізу розглядуваних явищ, надавати цьому аналізу підвищену надій- ність і однозначність. Одним із ефективних способів для досягнення цієї мети є застосування пружної де- формації [13]. Слід зауважити, що дослідження тензогальваномагнітних ефектів порів- няно з вивченням просто тензоопору відкриває додаткові можливості для дослідження особливостей будови валентної зони в деформованих кристалах, а також для вивчення механізмів розсіяння носіїв заряду в ній. Пов’язано це з тим, що в р-матеріалах доводиться мати справу з двома сортами носіїв — легкими і важкими дірками, причому легкі дірки на- багато більше проявляються в магнітоопорі й ефекті Холла, ніж у провідності. Варіюючи величину магнітного поля, існує можливість змінювати внесок в ефект легких і важких ді- рок, чого не можна зробити в експериментах із тензоопору. Використання високих тисків, які спричиняють значне розщеплення зон легких і важких дірок, також веде до вилучення з процесу перших. Мета роботи полягала у встановленні закономірностей впливу одновісної пружної деформації на гальваномагнітні ефекти в p-Ge (ефект Холла і поздовжній магнітоопір), зумовлені анізотропією закону дисперсії зони важких дірок і наявністю в матеріалі р-типу носіїв двох сортів (легких і важких дірок). Ефекти, пов’язані зі впливом магнітного поля на електричні (гальванічні) властивості кристалів германію, крізь які протікає струм, називаються гальваномагнітними. Специфічні особливості валентної зони кубічних напівпровідників (зокрема, Ge) зу- мовлюють у матеріалах діркової провідності різноманітні деформаційні ефекти. У валентній зоні p-Ge є три гілки, які характеризують енергетичний спектр дірок. Дві гілки — легких і важких дірок — вироджені в точці фазового k  -простору, де хвильовий вектор k  = 0. Третя гілка “відщеплена” від перших двох за рахунок спін-орбітальної вза- ємодії. Для розглядуваної області температур (Т ≤ 300 K) в германії вона не вступає у вза- ємодію з механічними напруженнями, оскільки розташовується значно нижче (на 0,29 еВ) від двох інших гілок. Зауважимо, що у випадку германію легкі дірки становлять приблизно 5 % загальної концентрації носіїв, проте завдяки великій рухливості вони роблять істотний внесок май- же в усі ефекти, пов’язані з явищами перенесення. 33ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3 Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності Деформаційні ефекти в матеріалах діркової провідності суттєво визначаються змінами в енергетичному спектрі дірок, що спричинює зміни їхньої групової швидкості i i dE dk   , а, отже, й ефективної маси –12 * 2i i d Em dk         (з підвищенням тиску маса легких дірок збільшуєть- ся, а маса важких — зменшується). Істотним є також зняття виродження зон легких і важ- ких дірок, що зумовлює розподіл носіїв між зонами. При цьому можна розділити дві облас- ті: 1) область високих температур, де ефекти лінійно залежать від деформації і перерозподіл носіїв між зонами є несуттєвим; 2) область низьких температур і досить високих тисків, де деформаційні ефекти взагалі не залежать від деформації, а тільки від її напрямку і знаку. Бір і Пікус вивчали енергетичний спектр дірок у деформованих кристалах Ge і Si [13]. Вони отримали загальну формулу для енергетичного спектра дірок залежно від деформа- ції. За низьких температур і сильного одновісного стиснення виродження валентної зони в p-Ge знімається і між зоною легких і важких дірок з’являється енергетична щілина: –12 11 12 1,2 –12 44 2 ( ) 2,44 10 0,838 10 3 b S S X bX E dS X dX           (при X\|\|[100]), X\|\|[111]),   (при де b і d — сталі деформаційного потенціалу; S11, S12, S44 [14] — пружні сталі; Х — механічне напруження. Зі збільшенням X, поряд зі зростанням енергетичної щілини між зонами відбувається, згідно з [13], також перебудова структури спектра так, що за досить великих X ізоенерге- тична поверхня поблизу мінімуму енергії важких дірок може бути представлена у вигляді сплюснутого еліпсоїда (m/m\|\| = 2,45 — при X  \|\| [100] і m/m\|\| = 3,18 — при X  \|\| [111]). В експериментах використано монокристали p-Ge з концентрацією np ≈ 2 · 1014 см–3 і питомим опором ρ300K ≈ 16 Ом·см. На рис. 1 наведено польові залежності коефіцієнта Холла RH/R0 = f (H), виміряні при 300 K на зразках різної орієнтації за відсутності та за наявності одно- вісної пружної деформації стиснення. Криві 1 і 2 під- тверджують наявність анізотропії коефіцієнта Хол- ла в недеформованому p-Ge. Спадання кривих RH/R0 від магнітного поля Н пояснюється різним внеском в ефект легких і важких дірок [15]. У слабких маг- нітних полях ефект Холла зумовлений здебільшого легкими дірками, вплив яких зменшується зі зрос- танням Н. RH/R0 0,9 0,8 0,7 0,6 0 4 8 12 16 H, кЕ 1,0 1' 1 2' 2 Рис. 1. Польові залежності коефіцієнта Холла RH/R0 = f(H), ви- міряні при Т = 300 K на зразках p-Ge двох кристалографічних орієнтацій: 1, 1ʹ — X  \|\| j  \|\| [100]; 2, 2ʹ — X  \|\| j  \|\| [111], за різних значень механічного напруження стиснення X, ГПа: 1, 2 — 0; 1ʹ, 2ʹ — 0,2. В обох випадках H  \|\| [110] 34 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 3 Г.П. Гайдар При накладанні одновісного навантаження вздовж [111] (або [100]) знімається виро- дження валентної зони в околі k  = 0, що спричинює перехід легких дірок у зону важких (тобто зменшення кількості легких дірок) і зменшення зміни коефіцієнта Холла в магніт- ному полі, яка визначається залежністю від їхньої концентрації. При накладанні тиску Х анізотропія зміни коефіцієнта Холла в магнітному полі зменшується (відносно анізотро- пії, спостережуваної за умови Х = 0) не тільки в масштабі відносних одиниць, а й у шкалі абсолютних значень (порівняти щілини, позначені стрілками на рис. 1). У p-Ge анізотропія гальваномагнітних явищ безпосередньо пов’язана зі специфікою структури зон. Тому очікували, що зміни спектра носіїв за умов одновісної деформації найрельєфніше проявлятимуться в тих особливостях кінетичних коефіцієнтів, які зумов- лені несферичністю ізоенергетичної поверхні важких дірок. Згідно з [15] тонка структура польових залежностей коефіцієнта Холла, яка полягає в немонотонній зміні о станнього з магнітним полем, може бути віднесена до таких особливостей. Результати експериментально виявлених змін тонкої структури R(Н) в одновісно де- формованих кристалах p-Ge різної кристалографічної орієнтації наведено на рис. 2. Ха- рактерною їх особливістю є якісно різний хід зміни R(Н) з тиском у слабких і сильних магнітних полях. Це твердження є справедливим як для експериментів зі зразками різної орієнтації (у разі порівняння даних при Н = const в обох серіях кривих рис. 2, а і рис. 2, б), а 1 1 2 2 3 4 R 1 0–4 , с м3 /К л R 1 0–4 , с м3 /К л R 10–4, см3/Кл 5 H, кЕ0 4 8 12 H, кЕ0 4 8 12 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 3,2 0,20 0,4 X, ГПа 3,6 4,0 2,6 2,8 3,0 3,2 б 1 2 3 4 5 Рис. 2. Залежності коефіцієнта Холла R від напруженості магнітного поля Н, виміряні при Т = 77 K на зраз- ках p-Ge двох кристалографічних орієнтацій: a — X  \|\| j  \|\| [100]; б — X  \|\| j  \|\| [111], за різних значень меха- нічного напруження стиснення Х, ГПа: 1 — 0; 2 — 0,1; 3 — 0,2; 4 — 0,45; 5 — 0,6. В обох випадках H  \|\| [1 1 0]. На вставці — залежності коефіцієнта Холла R від механічного напруження стиснення Х, виміряні при X  \|\| j  \|\| [100], T = 77 K на зразках p-Ge за двох значень напруженості магнітного поля Н, Е: 1 — 150, 2 — 5800. H  \|\| [110] 35ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3 Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності так і для експериментів зі зразками однієї орієнтації (див. залежності на вставці рис. 2, а, які є розрізами серії кривих рис. 2, а за фіксованих Н1 ≠ Н2, взятих із областей слабких і сильних Н). Як при X  \|\| [100], так і при X  \|\| [111] тонка структура R(Н) зі збільшенням тиску X істотно згладжується, тому, принаймні у зраз- ках, орієнтованих уздовж [111], вона майже повністю зникає, починаючи зі значень X ≥ 0,6 ГПа. Дані зі вставки рис. 2, а, як зазначалося, є розріза- ми сімейства кривих рис. 2, а при Н = 150 Е (Н/с << 1) і Н = 5800 Е (Н/с >> 1). Крива 1 (зі вставки) дає мож- ливість знайти ті граничні значення Х ≈ 0,2 ГПа, якими визначається міжзонна щілина Е1,2. Це значення Е1,2 є цілком достатнім для того, щоб за заданої температури забезпечити повний перехід легких дірок у зону важких і призупинити тим самим ефективне спадан- ня R(X). Спостережуване в області X > 0,2 ГПа зростання R(X) може бути безпосередньо пов’язане з перебудовою ізоенергетичної поверхні в зоні важких дірок. На користь пра- вильності цих уявлень свідчить той факт, що спадну ділянку кривої 1 (зі вставки) можна вилучити незалежним способом: унаслідок накладання сильного магнітного поля Н. Для цього, як видно зі вставки на рис. 2, а (крива 2), виявилося достатнім поле Н = 5800 Е. Згладжування тонкої структури R(Н) зі зростанням X може визначатися такими при- чинами: 1) переходом до ідеально правильної (за формою) ізоенергетичної поверхні у вигляді еліпсоїда обертання, який утворюється під впливом тиску з початкової сфери зі “вм’ятинами”; 2) заниженою чутливістю цьо го ефекту щодо деталей і тонкощів геометрич- ної форми ізоенергетичної поверхні, яка знову виникає під впливом напруження X. Друга причина є більш очевидною. Щоб надійно з’ясувати, яка з цих причин відіграє визначаль- ну роль, необхідно було поставити експерименти з дослідження поздовжнього магнітоо- пору в деформованому p-Ge. Для цього вивчали залежності тензоопору ρ = ρ(Х), а також поздовжній магнітоопір зі зростанням X на досліджуваних кристалах (рис. 3). На рис. 3 (криві 1, 2) наведено залежності тензоопору ρХ/ρ0 = f(X) для двох орієнтацій струму і тиску відносно кристалографічних осей p-Gе: X  \|\| j  \|\| [111] і X  \|\| j  \|\| [100]. Ви- явилося, що тензоопір у p-Gе (рис. 3, криві 1, 2), так само як і тензо-холл-ефект, характери- зується чітко вираженою анізотропією. В експериментах з кристалами обох досліджених орієнтацій основне зменшення пито- мого опору  відбувається в інтервалі X ≤ 0,6÷0,7 ГПа, тоді як у діапазоні тисків, що пере- вищують ці значення, зменшення  зі зростанням X є незначним. Це означає, що основна перебудова деформованої сфери важких дірок вихідного кристала в еліпсоїди відбувається (у зразках обох орієнтацій) в інтервалі X ≤ 0,6÷0,7 ГПа, а в разі подальшого збільшення X параметри еліпсоїдів, що утворилися, змінюються відносно слабко. 1 2 3 4 1 2 2' 1' ρX/ρ0 X, ГПа0 0,4 0,8 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 (ρ\|\| /ρ0– 1 ) H Рис. 3. Залежності тензоопору Х/0 = f(X) (1, 2) і поздовжньо- го тензомагнітоопору \|\| 0 1 ( )H f X    (1ʹ, 2ʹ), виміряні при T = 77 K на зразках р-Ge двох кристалографічних орієнтацій: 1, 1ʹ — X  \|\| j  \|\| [111]; 2, 2ʹ — X  \|\| j  \|\| [100]. Тензомагнітоопір вимірювали в обох випадках (1ʹ, 2ʹ) при Н = 1550 Е 36 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 3 Г.П. Гайдар Важливо було з’ясувати, наскільки досконалими є сплюснуті еліпсоїди, що виникають під час деформації p-Ge і відповідають зоні важких дірок, які з накладанням X стають лег- шими. Фактично, потрібно було встановити, чи є сплюснуті еліпсоїди (в яких зосереджу- ються майже всі дірки за досить сильного розщеплення зон і помірно низьких температур) еліпсоїдами обертання. Відповідь спробували отримати в експериментах із поздовжнім магнітоопором в одновісно деформованому p-Ge. Зазначимо, що якщо на досліджувані кристали одночасно впливає й одновісна пружна деформація Х, і магнітне поле Н, то величину 0 0 0 0 0 – 1 ( ) H H H H H XX X X H H H f X             , яка характеризує зміну питомого опору залежно від деформувального зусилля Х у разі сталого магнітного поля (Н = const), називають тензомагнітоопором. Залежності поздовжнього магнітоопору 0 0 00 –1 H j H X X H H H                від тиску Х наведено на рис. 3 (криві 1ʹ, 2ʹ) для двох кристалографічних орієнтацій p-Ge. Проаналізувавши отримані експериментальні результати, можна сформулювати низ- ку висновків: а) виявлено у зразках p-Ge обох ( X  \|\| j  \|\| [111] і X  \|\| j  \|\| [100]) кристалографічних орі- єнтацій відмінність від нуля поздовжнього тензомагнітоопору 0 0 1H H       (рис. 3, криві 1ʹ, 2ʹ); б) виявлено різко виражену анізотропію поздовжнього магнітоопору в одновісно де- формованому p-Ge, яка не зникає аж до найбільших тисків (Х ≈ 1 ГПа), досягнутих в екс- перименті; в) встановлено у зразках p-Ge при X  \|\| j  \|\| [100] і 77 K тенденцію не до спадання, а до зростання поздовжнього магнітоопору 0H  зі збільшенням Х. Сформульовані висновки вказують на те, що ізоенергетичні поверхні валентної зони в p-Ge, які виникають унаслідок одновісної деформації, по суті, не є еліпсоїдами обертання, а являють собою складніші фігури (на кшталт еліпсоїдів зі “вм’ятинами”). Очевидно, від- ступи від сферичності, характерні для ізоенергетичної поверхні важких дірок у недефор- мованому p-Ge, не зникають безслідно під час трансформації цієї поверхні у фігури типу еліпсоїдів в одновісно деформованих кристалах. Отримані результати засвідчують, що в разі створення строгої теорії кінетичних ефектів у р-Ge надії на спрощення вихідних позицій, пов’язані з використанням сильних тисків, не можуть бути багатообіцяючими, оскільки ізоенергетичні поверхні валентної зони навіть за дуже сильних одновісних стиснень істотно відрізняються від еліпсоїдів обертання. Тому для побудови теорії кінетичних ефектів у p-Ge, яка послідовно враховує анізо- тропію ефективних мас дірок й анізотропію їх розсіяння, необхідно мати дані про ізое- нергетичні поверхні не тільки у вихідних кристалах p-Ge, а й в умовах їхньої деформації. Докладніші відомості щодо форми ізоенергетичних поверхонь, які виникають в умовах сильної одновісної деформації p-Ge, можуть бути отримані лише за рахунок ретельного вивчення (за великих X) кутових залежностей тих ефектів, які цілком визначаються фор- мою ізоенергетичної поверхні і її орієнтацією відносно осей кристала. 37ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3 Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності Таким чином, для кристалів р-Ge при X  \|\| j  \|\| [100] і X  \|\| j  \|\| [111] отримано залеж- ності коефіцієнта Холла від напруженості магнітного поля при 77 і 300 K за різних значень механічного напруження стиснення (при цьому у всіх випадках H  \|\| [1 1 0]). При Т = 77 K виявлено тонку структуру польових залежностей коефіцієнта Холла, пов’язану з анізо- тропією зони важких дірок, яка зі збільшенням тиску у випадку обох кристалографічних орієнтацій істотно згладжується. Виявлено різну поведінку коефіцієнта Холла з тиском у слабких (до 2 кЕ) і більш сильних (5—20 кЕ) магнітних полях. На тих самих кристалах р-Ge досліджено поздовжній тензомагнітоопір за деформації вздовж напрямків [100] і [111] і температури 77 K. Виявлено суттєві анізотропні ефекти. Встановлено, що з тиском (0 ≤ Х ≤ 1 ГПа) поздовжній магнітоопір (як у випадку X  \|\| [111], так і при X  \|\| [100]) не зникає, як цього слід було б очікувати в зв’язку з перебудовою під впливом деформації ізоенергетичних поверхонь валентної зони у фігури типу еліпсоїдів обертання. На цій підставі зроблено висновок про те, що ізоенергетичні поверхні валент- ної зони сильно деформованих кристалів p-Ge не є досконалими еліпсоїдами обертання. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Баранський П.І., Бєляєв О.Є., Гайдар Г.П. Кінетичні ефекти в багатодолинних напівпровідниках. Київ: Наук. думка, 2019. 448 с. 2. Claeys C., Simoen E. Germanium-based technologies: From materials to devices. 1 ed. Elsevier Science Pub- lishing Company, 2007. 449 p. 3. Оксанич А.П., Мальований В.В. Розробка методики та пристрою для дослідження оптичної якості мо- нокристалічного германія. Вісник КрНУ ім. Михайла Остроградського. 2013. № 1(78). С. 18—22. http:// www.kdu.edu.ua/statti/2013-1(78)/18.pdf 4. Chen J., Zhang X., Luo Z., Wang J., Piao H.-G. Large positive magnetoresistance in germanium. J. Appl. Phys. 2014. 116. № 11. Р. 114511. https://doi.org/10.1063/1.4896173 5. Volodin V.A., Kamaev G.N., Gritsenko V.A., Gismatulin A.A., Chin A., Vergnat M. Memristor effect in GeO[SiO2] and GeO[SiO] solid alloys films. Appl. Phys. Lett. 2019. 114. № 23. P. 233104. https://doi. org/10.1063/1.5079690 6. Астанкова К.Н., Володин В.А., Азаров И.А. О структуре тонких пленок монооксида германия. Физика и техника полупроводников. 2020. 54. № 12. С. 1296—1301. https://doi.org/10.21883/FTP.2020.12.50228.9508a 7. Saito S., Al-Attili A.Z., Oda K., Ishikawa Y. Towards monolithic integration of germanium light sources on sili- con chips. Semicond. Sci. Technol. 2016. 31. № 4. P. 43002 (19). https://doi.org/10.1088/0268-1242/31/4/043002 8. Baldassarre L., Sakat E., Frigerio J., Samarelli A., Gallacher K., Calandrini E., Isella G., Paul D.J., Ortolani M., Biagioni P. Midinfrared Plasmon-Enhanced Spectroscopy with Germanium Antennas on Silicon Substrates. Nano Lett. 2015. 15. № 11. Р. 7225—7231. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b03247 9. Boucaud P., Kurdi M.El, Ghrib A., Prost M., de Kersauson M., Sauvage S., Aniel F., Checoury X., Beaudoin G., Largeau L., Sagnes I., Ndong G., Chaigneau M., Ossikovski R. Recent advances in germanium emission. Pho- tonics Research. 2013. 1. № 3. Р. 102—109. https://doi.org/10.1364/PRJ.1.000102 10. Konle J., Presting H., Kibbel H., Banhart F. Growth studies of Ge-islands for enhanced performance of thin film solar cells. Mater. Sci. Eng. B. 2002. 89. № 1-3. P. 160—165. https://doi.org/10.1016/S0921-5107(01)00824-8 11. Баранский П.І., Федосов А.В., Гайдар Г.П. Фізичні властивості кристалів кремнію та германію в полях ефективного зовнішнього впливу. Луцьк: Надстир’я, 2000. 280 c. 12. Patel N.S., Monmeyran C., Agarwal A., Kimerling L.C. Point defect states in Sb-doped germanium. J. Appl. Phys. 2015. 118. № 15. P. 155702. https://doi.org/10.1063/1.4933384 13. Бир Г.Л., Пикус Г.Е. Симметрия и деформационные эффекты в полупроводниках. Москва: Наука, 1972. 587 с. https://ikfia.ysn.ru/wp-content/uploads/2018/01/BirPikus1972ru.pdf 38 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2023. No 3 Г.П. Гайдар 14. Баранский П.И., Буда И.С., Даховский И.В., Коломоец В.В. Электрические и гальваномагнитные явле- ния в анизотропных полупроводниках. Киев: Наук. думка, 1977. 270 с. 15. Гайдар Г.П.. Магніто- і тензоопір компенсованих кристалів р-Ge в області слабких, проміжних і класич- но сильних магнітних полів. Фізика і хімія твердого тіла. 2016. 17. № 1. С. 43—47. https://doi.org/10.15330/ pcss.17.1.43-47 Надійшло до редакції 10.01.2023 REFERENCES 1. Baranskii, P. I., Belyaev, A. E. & Gaidar, G. P. (2019). Kinetic effects in multi-valley semiconductors. Kyiv: Nau- kova Dumka (in Ukrainian). 2. Claeys, C. & Simoen, E. (2007). Germanium-based technologies: From materials to devices. 1 ed. Elsevier Sci- ence Publishing Company. 3. Oksanych, A. P. & Malovanyi, V. V. (2013). Development of technique and device for research of optical quality of germanium single crystal. Visnyk Kremenchutskoho natsionalnoho universytetu imeni Mykhaila Ostrohrad- skoho, No. 1(78), pp. 18-22 (in Ukrainian). http://www.kdu.edu.ua/statti/2013-1(78)/18.pdf 4. Chen, J., Zhang, X., Luo, Z., Wang, J. & Piao, H.-G. (2014). Large positive magnetoresistance in germanium. J. Appl. Phys., 116, No. 11, pp. 114511. https://doi.org/10.1063/1.4896173 5. Volodin, V. A., Kamaev, G. N., Gritsenko, V. A., Gismatulin, A. A., Chin, A. & Vergnat, M. (2019). Memristor effect in GeO[SiO2] and GeO[SiO] solid alloys films. Appl. Phys. Lett., 114, No. 23, pp. 233104. https://doi. org/10.1063/1.5079690 6. Astankova, K. N., Volodin, V. A. & Azarov, I. A. (2020). Structure of germanium monoxide thin films. Semi- conductors, 54, No. 12, pp. 1555-1560. https://doi.org/10.1134/S1063782620120027 7. Saito, S., Al-Attili, A. Z., Oda, K. & Ishikawa, Y. (2016). Towards monolithic integration of germanium light sources on silicon chips. Semicond. Sci. Technol., 31, No. 4, pp. 43002 (19). https://doi.org/10.1088/0268- 1242/31/4/043002 8. Baldassarre, L., Sakat, E., Frigerio, J., Samarelli, A., Gallacher, K., Calandrini, E., Isella, G., Paul, D.J., Ortola- ni, M. & Biagioni, P. (2015). Midinfrared Plasmon-Enhanced Spectroscopy with Germanium Antennas on Silicon Substrates. Nano Lett., 15, No. 11, pp. 7225-7231. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b03247 9. Boucaud, P., Kurdi, M. El, Ghrib, A., Prost, M., de Kersauson, M., Sauvage, S., Aniel, F., Checoury, X., Beau- doin, G., Largeau, L., Sagnes, I., Ndong, G., Chaigneau, M. & Ossikovski, R. (2013). Recent advances in germa- nium emission. Photonics Research, 1, No. 3, pp. 102-109. https://doi.org/10.1364/PRJ.1.000102 10. Konle, J., Presting, H., Kibbel, H. & Banhart, F. (2002). Growth studies of Ge-islands for enhanced performance of thin film solar cells. Mater. Sci. Eng. B, 89, No. 1-3, pp. 160-165. https://doi.org/10.1016/S0921-5107(01)00824- 8 11. Baranskii, P. I., Fedosov, А. V. & Gaidar, G. P. (2000). Physical properties of silicon and germanium crystals in the fields of effective external influence. Lutsk: Nadstyr’ya (in Ukrainian). 12. Patel, N. S., Monmeyran, C., Agarwal, A. & Kimerling, L. C. (2015). Point defect states in Sb-doped germanium. J. Appl. Phys., 118, No. 15, pp. 155702. https://doi.org/10.1063/1.4933384 13. Bir, G. L. & Pikus, G. E. (1972). Symmetry and deformation effects in semiconductors. Moscow: Nauka (in Rus- sian). https://ikfia.ysn.ru/wp-content/uploads/2018/01/BirPikus1972ru.pdf 14. Baranskii, P. I., Buda, I. S., Dakhovskii, I. V. & Kolomoets, V. V. (1977). Electrical and galvanomagnetic phe- nomena in anisotropic semiconductors. Kyiv: Naukova Dumka (in Russian). 15. Gaidar, G. P. (2016). Magneto- and tensoresistance of the p-Ge compensated crystals in the range of weak, in- termediate and classically strong magnetic fields. Physics and Chemistry of Solid State, 17, No. 1, pp. 43-47. https://doi.org/10.15330/pcss.17.1.43-47 Received 10.01.2023 39ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2023. № 3 Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності G.P. Gaidar, https://orcid.org/0000-0003-2077-3484 Institute for Nuclear Research of the NAS of Ukraine, Kyiv E-mail: gaydar@kinr.kiev.ua DEFORMATION EFFECTS IN GERMANIUM CRYSTALS WITH HOLE CONDUCTIVITY Field dependencies of the Hall coefficient were obtained on p-Ge single crystals with resistivity 300K ≈ 16 Ohm·cm under the conditions X  \|\| j  \|\| [100] and X  \|\| j  \|\| [111] (the magnetic field H  is directed along [11 0]; j  is the current through the sample) at different pressures X. Fine structures of the field dependencies of the Hall coeffi- cient associated with the anisotropy of the heavy hole band were observed at 77 K for samples of both crystallo- graphic orientations, with the fine structure being smoothed out with increasing pressure. A distinct difference in the behavior of the Hall coefficient with pressure was observed between weak and stronger magnetic fields. Pres- sure dependences of resistivity and longitudinal magnetoresistance were measured at liquid nitrogen temperature on samples of both crystallographic orientations. Anisotropy of the tensoresistance and tenso-Hall effect was clear- ly pronounced both in the absence and presence of pressure. It was found that the main transformation of the de- formed sphere of heavy holes of the initial crystal into ellipsoids occurs (in samples of both orientations) in the range of X ≤ 0.6—0.7 GPa, and in the case of a further increase in pressure, the parameters of the formed ellipsoids change relatively weakly. In samples of both crystallographic orientations, a non-zero longitudinal magnetoresist- ance \|\| 0 1 ( )H f X    was found, as well as its sharply pronounced anisotropy, which does not disappear up to the maximal pressures achieved in the experiment. An increasing trend in the longitudinal magnetoresistance with increasing pressure was observed under the conditions X  \|\| j  \|\| [100] and 77 K. Keywords: germanium, hole conductivity, galvanomagnetic effects, deformation effects.

Деформаційні ефекти у кристалах германію діркової провідності

Репозитарії

Схожі ресурси