Оптические и электронные свойства твердых растворов германий – кремний

  • Ольга Юрьевна Смирнова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Георгий Фомич Стельмах Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Юрий Мефодиевич Покотило Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Алла Николаевна Петух Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Владимир Павлович Маркевич Университет Манчестера, Институт науки о фотонах, ул. Саквилл, Манчестер M601QD, Великобритания
  • Ольга Васильевна Королик Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Александр Васильевич Мазаник Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Электронные и структурные свойства твердых растворов Ge1-x Six (x = 0 - 0,062), выращенных методом Чохральского и имплантированных водородом, изучались с помощью нестационарной спектроскопии глубоких уровней и комбинационного рассеяния света. Установлено, что сувеличением доли кремния в растворе однофононный пик комбинационного рассеяния света, обусловленный колебаниями Ge-Ge, смещается в область более низких частот со скоростью ΔωGe - Ge/Δx = (31,3 ± 0,7) см-1, а температура максимума пика нестационарной спектроскопии глубоких уровней и комбинационного рассеяния света основного радиационного дефекта при постоянной скорости эмиссии электронов en возрастает. Соответствующее увеличение свободной энергии ионизации для эмиссии электронов составляет ΔEe/Δx = (2,9 ± 0,1) эВ. В ангармоническом приближении потенциала взаимодействияатомов в кристалле из анализа смещения пика комбинационного рассеяния света найдена зависимость уменьшения постоянной решетки Ge1-xSix, соответствующая закону Вегарда a(x)= aGe-(aGe-aSi)x = 5,623 (0,25 ± 0,3)x Å,с ростом содержания Si. Установлена линейная зависимость изменения энергии активации дефекта от параметра решетки ΔEe/Δa = (1,6 ± 0,2) мэВ/Å. Показано, что увеличение энергии ионизации дефекта связано с уменьшением средней длины связи Ge-Ge.

Биографии авторов

Ольга Юрьевна Смирнова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

преподаватель кафедры физической оптики и прикладной информатики физического факультета

Георгий Фомич Стельмах, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры физической оптики и прикладной информатики физического факультета

Юрий Мефодиевич Покотило, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры энергофизики физического факультета

Алла Николаевна Петух, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник кафедры энергофизики физического факультета

Владимир Павлович Маркевич, Университет Манчестера, Институт науки о фотонах, ул. Саквилл, Манчестер M601QD, Великобритания

кандидат физико-математических наук; научный сотрудник

Ольга Васильевна Королик, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник кафедры энергофизики физического факультета

Александр Васильевич Мазаник, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры энергофизики физического факультета

Литература

  1. Claus C., Simoen E. Germanium Based Technologies. From Materials to Devices. Amsterdam : Elsevier, 2007.
  2. Balsas A., Countinho J., Torres J. B., et al. Calculation of deep states in SiGe alloys. Interstitial carbon-oxygen complexes. Phys. Rev. B. 2004. Vol. 70, issue 8. Article ID: 085201-7. DOI: 10.1103/PhysRevB.70.085201.
  3. Dast A., Singht V. F., Lang D. V. Deep level transient spectroscopy (DLTS) analysis of defect levels in semiconductors alloys. Semicond. Sci. Technol. 1988. Vol. 3, No. 12. P. 1177–1183. DOI: 10.1088/0268-1242/3/12/005.
  4. Markevich A. V., Litvinov V. V., Emtsev V. V., et al. Phonon-assisted changes in charge states of deep level defects in germanium. Phys. B: Condens. Matter. 2006. Vols 376–377. P. 61–65. DOI: 10.1016/j.physb.2005.12.017.
  5. Wenli Z., Tinghui L. Compositional dependence of Raman frequencies in SiGe alloys. J. Semicond. 2012. Vol. 33, issue 11. Article ID: 112001-5. DOI: 10.1088/1674-4926/33/11/112001.
  6. Volodin V. A., Efremov V. D., Deryabin A. S., et al. [Determination of composition and mechanical deformations in GeSi heterostructures from spectroscopic data of Raman scattering of light: refinement of model parameters]. Fiz. Tekh. Poluprovodn. = Semiconductors. 2006. Vol. 40, issue 11. P. 1349–1355 (in Russ.).
  7. Anselm A. I. [Introduction to the theory of semiconductors] : monograph. Moscow : Nauka, 1978 (in Russ.).
  8. Geisler V. A., Kuznetsov O. A., Neizvestnyi I. G., et al. [Raman scattering on local oscillations of GexSi1 – x solid solutions]. Fiz. Tverd. Tela = Phys. Solid State. 1989. Vol. 31, issue 11. P. 292–297 (in Russ.).
  9. Sui Z., Burke H. H., Herman I. P. Raman scattering in germanium-silicon alloys under hydrostatic pressure. Phys. Rev. B. 1993. Vol. 48, issue 4. P. 2162–2168. DOI: 10.1103/PhysRevB.48.2162.
  10. Vegard L. Die Konstitucion der Mischkristalle und die Raumfulling der Atome. Zeitschrift für Physic. 1921. Vol. 5. P. 17–26. DOI: 10.1007/BF01349680 (in Ger.).
  11. Vasin A. S. [Modeling of local structural properties of SiGe solid solution using empirical potentials]. Vestnik of N. I. Lobachevsky Univ. of Nizhni Novgorod. 2010. No. 5 (2). P. 371–375 (in Russ.).
  12. Markevich V. P., Hawkins I. D., Peaker A. R., et al. Vacancy-group-V impurity atom pairs in Ge crystals doped with P, As, Sb and Bi. Phys. Rev. B. 2004. Vol. 70, issue 23. Article ID: 235213-7. DOI: 10.1103/PhysRevB.70.235213.
  13. Pokotilo Yu. M., Petukh A. N., Litvinov V. V., et al. Donors formation in solid solutions Ge1 – х Siх implanted with protons. Vestnik BGU. Ser. 1, Fiz. Mat. Inform. 2014. No. 2. P. 56–60 (in Russ.).
  14. Markevich V. P., Peaker A. R., Coutinho I., et al. Structure and properties of vacancy-oxygen complexes in Si1 – xGex alloys. Phys. Rev. B. 2004. Vol. 69, issue 12. Article ID: 125218. DOI: 10.1103/PhysRevB.69.125218.
  15. Pauling L. The nature of the chemical bond. New York : Cornell university press, 1960.
Опубликован
2019-02-03
Ключевые слова: твердые растворы, кремний, германий, ионы, водород, комбинационное рассеяние, фонон, энергия ионизации, радиационный дефект
Как цитировать
Смирнова, О. Ю., Стельмах, Г. Ф., Покотило, Ю. М., Петух, А. Н., Маркевич, В. П., Королик, О. В., & Мазаник, А. В. (2019). Оптические и электронные свойства твердых растворов германий – кремний. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 52-60. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/486
Выпуск
№ 2 (2018): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика конденсированного состояния

Copyright (c) 2018 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).