Введение к работе
Бинарные полупроводниковые соединения группы А В ,в частности дифосфид и диарсенид цинка, представляют большой научный и практический интерес. Эти соединения имеют низкосимметричную слоистую кристаллическую структуру, что обусловливает ряд интересных свойств: высокую степень анизотропии, размерные эффекты, устойчивые экситон-ные образования. Кроме того, указанные полупроводники являются пря-мозонными с шириной запрещенной зоны порядка I эВ, что представляется интересным с точки зрения создания устройств твердотельной опто-и микроэлектроники.
Тензорный характер свойств дифосфида и диарсенида цинка зна -чительно усложняет описание явлений переноса и обусловливает су -щественные трудности определения электрофизических параметров этих анизотропных веществ. В частности, анизотропия свойств оказывает сильное влияние на распределение электростатического потенциала . Поэтому исследование распределения потенциала дает принципиальную возможность изучения электрофизических свойств анизотропных материалов: компонент тензора удельного сопротивления, термоэпс, по -стоянной Холла и т.д.
Стационарное распределение потенциала в анизотропном образце описывается краевой задачей эллиптического типа со смешанными граничными условиями. Решение такой задачи сопряжено со значительными математическими трудностями, которые, супя по литературным данным, не были преодолены для плоских образцов прямоугольной формы с произвольной ориентацией главных осей тензора электропроводности и омическими контактами произвольной геометрии.
При электродинамическом описании распределения потенциала в анизотропных веществах не учитывается, однако, физическая природа носителей заряда и анизотропии, информация о которой позволяет глубже изучить свойства этих веществ, например, зонную структуру, кинетику переноса носителей заряда и т.д. В этом отношении удачным дополнением к макроскопическому (электродинамическому) описанию явлений переноса служит метод катодолюминесценции, который поэво -ляет исследовать электронное строение вещества, т.е. конкретную природу носителей заряда.
Таким образом, с учетом вышеизложенного, тема диссертации , которая посвящена исследованию распределения потенциала и катодо-люминесценции дифосфида и диарсенида цинка, является актуальной.
Диссертация выполнена в соответствии с Координационным планої научно-исследовательских работ АН СССР на 1986-1990 гг. в області естественных наук по направлению 1.3 "Физика твердого тела", разд лы 1.3.3.3 "Реальные структуры и физические свойства кристаллов кристаллических плёнок и поверхностей; исследование электро-, упр; гооптических, люминесцентных свойств и энергетического спектра кр таллов в связи с их реальной и атомной структурой", 1.3.7.2 "Иссл дование в полупроводниках оптического поглощения,люминесценции,ко бинационного рассеяния, фотопроводимости в различных частях спект и по планам госбюджетных НИР кафедры физики полупроводников и мик электроники физического факультета ВГУ "Явления переноса в упоря доченных и неупорядоченных средах и разработка физических основ т нологии новых материалов и устройств" (номер госрегистрации ОІ86.0І23І06) и "Явления переноса в полупроводниках и полупроводн новых структурах и разработка физических основ технологии новых материалов и устройств с использованием низкотемпературной плазмь для радио-, опто- и акустоэлектроники " (номер госрегистрации 0187.0021247).
Целью настоящей работы является исследование влияния т зорного характера электропроводности на распределение электростат ческого потенциала и связанные с этим свойства и эффекты в анизої ропных ограниченных полупроводниках.
В рамках сформулированной цели решались следующие задач моделирование распределения потенциала в плоском анизотропном о( разце с произвольной ориентацией главных осей тензора электропроводности и двумя омическими контактами,расположенными по периметі образца; экспериментальное исследование анизотропии электропрово, ности и катодолвминесценции дифосфида и диарсенида цинка.
Научная новизна результатов исследования определяется тем, что в работе впервые:
методом конформных отображений решена смешанная задача по распределению потенциала в плоском анизотропном образце прямо -угольной формы с двумя контактами произвольной геометрии, распо ложенными по периметру образца;
получены формулы для асимптотического приближения распре деления потенциала у края контакта к анизотропному образцу;
проведено моделирование гальвано-анизотропного эффекта в дифосфиде цинка;
модифицирована формула Келдыша-Седова для расчета распре-
деления потенциала в плоском анизотропном образце;
предложен и реализован на ЭВМ численный метод обращения интеграла Кристоффеля-Шварца;
на ориентированных кристаллах проведено исследование като-долюминесценции дифосфида цинка, легированного медью. Определена энергия ионизации атомов меди в дифосфиде цинка;
предложены материалы и разработана лабораторная технология получения невыпрямлшщих контактов с малым переходным сопротивлением к диарсениду цинка. Определены главные значения тензора удельного сопротивления диарсенида цинка.Определен температурный коэффициент и энергия тушения основного максимума катодолюминесценции диарсенида цинка.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Решение смешанной задачи для потенциала в плоском анизотропном образце с произвольной геомегрией контактов методом конформных отображений.
-
Моделирование гальвано-анизотропных эффектов в плоских анизотропных образцах прямоугольной формы.
-
Результаты экспериментальных исследований распределения потенциала и катодолюминесценции э отфосфиде и диарсениде цинка.
Научное и практическое значение работы состоит в том, что она является необходимым этапом в исследовании явлений переноса в анизотропных полупроводниках. Разработанная в диссертации методика расчета потенциала на основе теории конформных отображений может быть обобщена на случай плоских анизотропных образцов в форме многоугольников с произвольным числом контактов. Результаты,полученные в диссертации, могут служить теоретической основой для разработки методик и установок для измерения электрофизических параметров анизотропных полупроводников.
В практике научных исследований при вычислении комплексных интегралов целесообразно использовать предложенный в диссертации . обобщенный метод Гаусса.
Результаты диссертации можно использовать в учебных спецкурсах при подготовке специалистов в области физики твердого тела и физики полупроводников.
Основные результаты, представленные в диссертации, докладывались на: Третьей Всесоюзной конференции "Термодинамика и материаловедение полупроводников" (Москва-1986); Четвертой Всесоюзной конференции "Термодинамика и материаловедение полупровод-
4 ников"(Москва-1989); УП Всесоюзном координационном совещании "Материаловедение полупроводниковых соединений группы А В (Воронеж-1987); УШ Всесоюзном координационном совещании "Материаловедение полупроводниковых соединений А В (Черновцы-1990);Первой межвузовской конференции "Материаловедение и физика полупроводниковых фаз переменного состава" (Нежин-1991); The Thild Jnteznaiionae Seminal on Slmutationo/devices and Technologies LOSnlnsx --1894).
По теме диссертации опубликовано 10 статей и тезисов докладов конференций различного уровня.
Личный вклад автора в работы, опубликованные в соавторстве, состоит в получении теоретических соотношений, моделировании, проведении экспериментов и написании статей и тезисов.
Структура и объем диссертации:
.Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 149 страниц, включая оглавление, 33 рисунка, 12 таблиц и список литературы из 69 источников.
