close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Elektrische Leitfhigkeit von Antimontellurid-Einkristallen (Halbleitereigenschaften von Telluriden. I)

код для вставкиСкачать
106
Annalen der Physik. 7. Folge. Band 15. 1965
EJektrische Leitfahigkeit von AntimonteJJurid-EinkristaIJen
(Ha JbJeitereigenscha ften von TeJJuriden. I)
Von R . JASCHKE
Mit 4 Abbildungen
Inhaltsiibersicht
Nach dem CzoCHRALsKI-Verfahrenwurden Sb,Te,-Einkristalle mit verschiedener Zusammensetzung gezogen und deren Leitfahigkeit zwischen -150 "C und
150"C parallel
und senkrecht zur c-Achse gemessen. Die Sb-iiberschiissigen Proben besitzen die groBte
Leitfahigkeit ; die Leitfahigkeitskurven der Te-iiberschiissigen Kristalle liegen a m niedrigsten. Die Leitfahigkeit senkrecht zur c-Achse stimmt weitgehend mit der Leitfahigkeit
polykristalliner Proben iiberein. Parallel zur c-Achse wurde die Leitfahigkeit 2,5 Zehnerpotenzen niedriger gemessen, das Leitfahigkeitsminimum der stochiometrischen Proben
liegt bei Zimmertemperatur. Aus der Neigung der Eigenleitungsgeraden ergibt sich A E , =
0,19 eV. Zur Erkundung der Realstruktur der Sb,Te,-Einkristalle wurden elektronenmikroskopische Untersuchungen tlurchgefiihrt.
+
1. Ziichtung von SbzTes-Einkristallen
Der Kristallkeim wurde aus einer Sb,Te,-Probe, die nach dem BRIDGMAKVerfahren gezogen worden war, herausprapariert und niit C P 4 geatzt. So wurde
er in die einige Grade uber den Schmelzpunkt erhitzte Schmclze. die sich in
einem Spektralkohletiegel befand, getaucht, damit er etwas abschmolz. Das
eigentliche Einkristallwachstum setztc erst ein, nachdem der Keim bzw. der
Kristall mehrmals zu einer Spitze ausgezogen worden war (CZOCIIRALSKI-Verfahren). Damit erhohte sich die Wahrscheinlichkeit eines einkristallinen Wachstums. Das Wachstum der Kristalle wurdc durch Xnderung der Temperatur der
Schmelze reguliert. Als giinstigste Bedingung ergab sich eine Ziehgeschwindigkeit von 1,5 cm h-1, eine Tiegzlrotation von 9 Umdrehungin min-1 und
eine Kiihltemperatur des Keimhalters von 35 "C. Als Schutzgas dientc Argon.
Die Zusammensetzung der Schmelze wurde im Bereich von 60.84 bis (i2,15
Gew.-% Te bei der Einivaage variiert. n b e r die wirkliche Zusammensetzung
der Schmelze wlhrend des Ziehens kann keine Aussage gemacht werden, da sich
im Verlaufe des Versuchs die Zusammensetzung der Schmelze durch das starke
Verdampfen des Tellurs andert. Das Tellur von der Fa. Mining &Chemical
Products Ltd. hatte einen Reinheitsgrad von 99.999%, das Antimon der gleichen
Bezugsquelle oder von dein Forschungsinstitut fur NE-Metalle, Freiberg/Sa.. den
Reinheitsgrad von 99,999%.
R.JASCHKE : Elektrische Leitfahigkeit von Antimontellurid-Einkristallen
107
2. Zur Struktur der SbrTer-Einkristalle
Die geziichteten EinkristalIe sind 15-30 mm lang, 3-8 mm breit und
0.6-2.5 mm dick. Sie besitzen in Wachstumsrichtung Blattchenstruktur und
weisen zwei spiegelnde
Wachstumsflachenauf. Die
6er-Symmetrie der LAUERiickstrahlaufnahmen dieser Blattchen weist darauf
hin, daB die Wachstums(0 0 0 1)-Flachen
flachen
sind, d. h. die Kristalle
sind senkrecht zur c-Achse
gezogen worden.
Um Auskunft iiber die
Realstruktur der gezogenen Einkristalle in submikroskopischen
Bereichen zu erhalten, erfolgten
elektronenmikroskopische
Untersuchungen. Die Aufnahmen wurden an einem
Abb. 1. Elektronenmikroskopische Aufnahme. Beim
Siemens-Elmiskop in der
Spalten niit der Rasierklinge entstandene furchenartige
Arbeitsstelle fur ElekKratzspuren auf einer Sb,Te,-Spaltfl%che. Praparation:
Platin-Kohle-Rchragbeschattung.VergrdBPrung
tronenmikroskopie
der
10000fach
DAW in Halle geniacht l).
Die Sb,Te,-Einkristalle
wurden mit der Rasierklinge in Ziehrichtung gespalten und die erhaltenen
(0 0 0 1)-Spaltflachen im
Hochvakuum m i t PlatinKohle schrlgbeschattet.
Der Sb,Te,-Kristall
ist
zwar ausgezeichnet nach
(0 0 0 1)-Flachen spaltbar,
aber auf Grund seines ausgepragten plastischen Verhaltens entstehen a n den
Stellen, andenendieltasierklinge den Kristall beriihrt,
furchenartige Kratzspuren
(Abb. 1). Es sind auf der
Oberflache leicht groBe Be+bb. 2. Elektronenmikroskopische Aufnahme. Durch
reiche zu finden, die diese
Btzen mit C P 4 sichtbar gemachte Substruktur in Sb,Te,.
Kratzspuren nicht aufPraparation : Platin-Kohle-Schragbeschattung.Vergr6Oe
rung .5 OOOfach
weisen und deshalb als die
1) Herrn Prof. Dr. BETHGE
sprecben wir fur diese Aufnahmen unseren verbindlichsten
Dank aus.
108
Annalen der Physik. 7. Folge. Band 15. 1965
wahre Spaltflache angesehen werden konnen. In diesen Gebieten ist die Oberflache
trotz der ausgezeichneten Spaltbarkeit, nicht glatt, sondern von zahlreichen
schollenartigen Gebilden bedeckt, die fur Ausscheidungen aus dem Kristallinnern
wehalten werden. Derartige Ausscheidungen sind zu erwarten, da der Sb,Te,Krjstall zu nichtstochj.ometrjschem Aufbau neigt. Weitere Hinweise auf -eiie
nicht einheitliche stochiometrische Zusammensetzung des gesamten Einkristalls liefern elektronenmikroskopische Aufnahmen von sehr schwach mit
C P 4geatzten Spaltflachen.
I n Abb. 2 sind deutlich
Spaltstufen zu erkennen,
die von links unten nach
rechts oben verlaufen.
Durch den unterschiedlichen Angriff des Atzmittels sind aber noch weitereoberflachenstrukturen
sichtbar. Diese stehen in
keinem
Zusammenhang
Abb. 3. Elektronenmikroskopische Aufnahme. Knickmit der Spaltstruktur, sonbildung in diinnen Sb,Te,-Blattchen beim Spalten. Pradern deuten auf eine Subparation : Platin-Kohle-Schragbeschattung.Vergro5erung
struktur im Kristallinnern
10 OOOfach
hin. Eine solche Substruktur konnte Ausdruck dafiir sein, da13 sich einzelne submikroskopische Bereiche
von der stochiometrischen Zusammensetzung unterscheiden.
Beim Spalten entstehen in diinnen Sb,Te,-Blattchen haufig Knicke (Abb. 3),
die durch besondere Anordnungen von Stufenversetzungen realisiert werden.
I m Falle des Antimontellurids liegt die Gleitebene der Versetzungen parallel zu
den Begrenzungsebenen der Blattchen (Gleitebene = Spaltebene). Auf Grund
dieser GleitmBglichkeiten konnen sich die Versetzungsanordnungen, die die
Knicke realisieren, beim Vorliegen geeigneter Spannungen parallel zur Oberfliiche verschieben uncl damit die Abstande der in Abb. 3 sichtbaren drei
Knicke verandern.
3. Messung der elektrisehen Leitfahigkeit der SbzTes-Einkristalle in Abhangigkeit
von der Temperatur
Die elektrische Leitfahigkeit der SbzTe,-Kristalle wurde nach der Kompensationsmethode gemessen.
Es war notwendig, aus den Kristallen rechteckige Proben herauszupraparieren. I n Blattchenrichtung senkrecht zur c-Achse sind die Kristalle leicht
spaltbar. Es konnten leicht parallele Flachen freigelegt werden. Senkrecht zur
Spaltrichtung lassen sich die Kristalle schwer bearbeiten. Schon bei leichtem
Schmirgeln spalten sich die Blattchen auf. Deshalb wurden die Kristalle zwischen zwei Metallbacken geklemmt, urn das Aufspalten der Blattchen zu verhindern, und mit der Rasierklinge geschnitten. Ein Schneiden bei der Tempe-
R. JASCHKE
: Elektrische Leitfahigkeit von Antimontellurid-Einlristallen
109
ratur des siedenden Stickstoffs fiihrte nicht zum Ziel. Von einem EinschweiBen
der Kontakte wurde wegen der geringen Probenlange abgesehen. Die Kont.aktierung der Proben erfolgte in der von EICHLER
und N I E X E ~beschriebenen
)
Weise. Die Probe wurde an den Stirnflachen mit Gold bedampft und dann
mit Leitsilber in die Halterung gekittet.
Abb. 4 zeigt die Temperaturabhangigkeit der spezifischen Leit fahigkeit einiger Kristalle. Bei den
Kurven a-e lag der StromfluB in
Spaltrichtung,
die Leitfahigkeit
wurde also senkrecht zur c-Achse
gemessen. Von etwa -50 "C an fallen
I
I
die Kurven etwas starker als bisher.
I
1
Ein Leitfahigkeitsminimum konnte
I
in dem Temperaturbereich von
- 150 O bis
150 "C nicht festgestellt
werden. Die Kurven der Kistalle, die
aus einer Te-iiberschiissigen Schmelze
gezogen worden waren, liegen am
niedrigsten. Der Kristall mit SbUberschuB besitzt die groBte Leitf ahigkeit.
Die Kurven f -h stellen die spezifische Leitfahigkeit parallel zur
c-Achse gemessen dar. Die Leitfahig+lWC O0C-S0"C
-100 c
10
keitswerte liegen um etwa 2l/,Zehner2
3
4
5
6
7.10J'K-'
potenzen niedriger als die senkrecht
Reziproke Temperalur
zur c-Achse gemessenen.
Abb. 4. Temperaturabhangigkeit der speziDie Leitfahigkeitskurven sind fischen Leitfahigkeit von Antimontelluriddeutlich in einen Stor- und Eigen- Einkristallen senkrecht und parallel zur
leitungsast gegliedert. Das Leitfahig- c-Achse. a, f ) Probe 51 Sb-UberschuB (Einwaage 60,84 Gew.-% Te, 1. Versuch);
keitsminimum des stochiometrischen
b, g) Probe 45 stochiometrisch (Einwaage
und des Te-uberschiissigen Kristalls 61,12 Gew.-% Te, 1. Versuch); c) Probe 35
liegt bei Zimmertemperatiir. Auf- Te-OberschuB (Einwaage 61,38 Gew.-% Te,
fallend ist der Verlauf der Kurve f 7. Vermch); d) Probe 34 Te-UberschuO (Eindes Kristalls mit Sb-ffberschuB; das waage 61,38 Gew.-% Te, 6. Versuch);
e, h ) Probe 39 Te-UberschuB (Einwaage
Minimum liegt hier bei etwa 120 "C.
62J5 Gew.-y& Te, 3. Versuch)
Dieser Verlauf 1st aber typisch fur
p-leitende Proben.
MOVLANOW
und Mitarb.3) stellen parallel zur c-Achse nur eine siebenmal so
kleine Leitfahigkeit fest. Da vonMovLANow und Mitarb. Tellur mit einem Reinheitsgrad von 98%, gegenuber dem hier verwendeten 99,999proz. Tellur, V ~ - I
+
+
2, W. EICHLER
u. H. NIEKE,Wiss. Z. Univ. Halle, Math.-Nat. 13, 1-7 (1964); dort
eingehendes Literaturverzeichnis.
3, S. MOVLANOW,
C. B. ABDULLAJEW,
A. BASCHSCHALIJEW,
A. KULIJEW11. I. KERIMOW,
Doklady Akad. Nauk Azerbaidzanskoj SSR 1961, 375.
110
Annalen der Physik. 7. Folge. Band 15. 1965
w-endet wurde, sind deren Kristalle vermutlich mit mehr Fehlern behaftet, was
zu einer Erhohung der Leitfiihigkeit fiihrt.
4. Diskussion
Die Leitfiihigkeitskurven der senkrecht zur c-Achse gemessenm Einkristalle
zeigen einen ahnlichen Verlauf wie die der langsam abgekiihlten polykristallinen
und N I E X E ~ )wie
, dies nach der Herstellungsmethode zu
Proben bei EICHLER
erwarten ist. Wie dort haben die Proben mit Sb-flberschuB die gro13te Leitfahigkeit, die Te-iiberschussige Probe die geringste.
Parallel zur c-Achse wird die Eigenleitung bei wesentlich niedrigeren Tempcraturen erreicht. Aus der Steigung der Eigenfeitungsgeraden wurden die Ablosearbeiten zu
AE, (Kurve h, Te-f;berschuB eingewogen) = 0,197 eV
d E , (Kurve g, stochiometrisch eingewogen) = 0,19 eV
AE, (Kurve f , Sb-OberschuB eingewogen) = 0,12 eV
berechnet. Zur Berechnung wurden jeweils die drei letzten Punkte der Kurve,
die hinreichend auf einer Geraden liegen, benutzt. Bci EICIILERund NIEKE
ljegen die an polykristallinem Material gemessenen Ablosearbeiten in der gleichen GroMenordnung.
H a l l e / S., 11. Phgsikalisches Institut, der Martin-Luther-TJniversitat Halleb?’i t t en berg.
Bei der Redaktion eingegangen am 17. September 1964.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
366 Кб
Теги
telluride, elektrischen, halbleitereigenschaften, antimontellurid, von, einkristallen, leitfhigkeit
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа