Локализация внешним магнитным полем электронов на ионах водородоподобных доноров в невырожденных полупроводниках
https://doi.org/10.29235/1561-2430-2020-56-2-239-252
Анатацыя
В квазиклассическом приближении квантовой механики развита модель локализации электронов проводимости на ионах водородоподобных доноров во внешнем магнитном поле. Проведен расчет термической энергии ионизации доноров в слабо легированных и умеренно компенсированных кристаллах арсенида галлия и антимонида индия n-типа в зависимости от индукции внешнего магнитного поля. В отличие от известных теоретических работ (с использованием вариационных методов решения уравнения Шредингера) предложено простое аналитическое выражение для энергии ионизации донора в магнитном поле, которое количественно согласуется с известными экспериментальными данными. Показано, что величина магнитного поля, индуцированного орбитальным движением электрона вокруг ионного остова донора, пренебрежимо мала по сравнению с внешним полем и не вносит вклада в энергию ионизации доноров.
Аб аўтарах
Н. Поклонский
Белорусский государственный университет
Беларусь
Беларусь
А. Деревяго
Белорусский государственный университет
Беларусь
Беларусь
С. Вырко
Белорусский государственный университет
Беларусь
Беларусь
Спіс літаратуры
1. Durkan, J. Localization of electrons in impure semiconductors by a magnetic field / J. Durkan, R. J. Elliot, N. H. March // Rev. Mod. Phys. – 1968. – Vol. 40, № 4. – P. 812–815. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.40.812
2. Yafet, Y. Hydrogen atom in a strong magnetic field / Y. Yafet, R. W. Keyes, E. N. Adams // J. Phys. Chem. Solids. – 1956. – Vol. 1, № 3. – P. 137–142. https://doi.org/10.1016/0022-3697(56)90020-8
3. Larsen, D. M. Shallow donor levels of InSb in a magnetic field / D. M. Larsen // J. Phys. Chem. Solids. – 1968. – Vol. 29, № 2. – P. 271–280. https://doi.org/10.1016/0022-3697(68)90071-1
4. Experimental and theoretical study of magnetodonors in GaAs and InP at megagauss fields / W. Zawadzki [et al.] // Phys. Rev. B. – 1994. – Vol. 49, № 3. – P. 1705–1710. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.49.1705
5. Ionization energy of magnetodonors in InSb / A. Raymond [et al.] // J. Phys. C: Solid State Phys. – 1984. – Vol. 17, № 13. – P. 2381–2389. https://doi.org/10.1088/0022-3719/17/13/019
6. Jouault, B. Ionization energy of magnetodonors in pure bulk GaAs / B. Jouault, A. Raymond, W. Zawadzki // Phys. Rev. B. – 2002. – Vol. 65, № 24. – P. 245210 (7 p.). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.245210
7. Бычков, Ю. А. Квантовая теория электропроводности металлов в сильных магнитных полях // Ю. А. Бычков // Журн. эксперим. и теор. физики. – 1960. – Т. 39, № 3. – С. 689–702.
8. Архинчеев, В. Е. О влиянии магнитного поля на вероятность захвата диффундирующих частиц поглощающими ловушками / В. Е. Архинчеев // Журн. эксперим. и теор. физики. – 2019. – Т. 155, № 3. – С. 562–566. https://doi.org/10.1134/s0044451019030180
9. Пайерлс, Р. Построение физических моделей / Р. Пайерлс // Успехи физ. наук. – 1983. – Т. 140, № 2. – С. 315–332. https://doi.org/10.3367/UFNr.0140.198306d.0315
10. Weisskopf, V. F. Search for simplicity: quantum mechanics of the hydrogen atom / V. F. Weisskopf // Am. J. Phys. – 1985. – Vol. 53, № 3. – P. 206–207. https://doi.org/10.1119/1.14122
11. Оглуздин, В. Е. Роль боровских частот в процессах рассеяния, люминесценции, генерации излучения в различных средах / В. Е. Оглуздин // Успехи физ. наук. – 2006. – Т. 176, № 4. – С. 415–420. https://doi.org/10.3367/UFNr.0176.200604e.0415
12. Ферми, Э. Квантовая механика (конспект лекций) / Э. Ферми. – М.: Мир, 1965. – 368 с.
13. Poole, C. P. The physics handbook: fundamentals and key equations / C. P. Poole. – Weinheim: Wiley, 2007. – xxii+514 p.
14. Малыкин, Г. Б. Прецессия Томаса: корректные и некорректные решения / Г. Б. Малыкин // Успехи физ. наук. – 2006. – Т. 176, № 8. – С. 865–882. https://doi.org/10.3367/UFNr.0176.200608f.0865
15. Kholmetskii, A. L. On the classical analysis of spin-orbit coupling in hydrogenlike atoms / A. L. Kholmetskii, O. V. Missevitch, T. Yarman // Am. J. Phys. – 2010. – Vol. 78, № 4. – P. 428–432. https://doi.org/10.1119/1.3277052
16. Краснопевцев, Е. А. Квантовая механика в приложениях к физике твердого тела / Е. А. Краснопевцев. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2017. – 355 с.
17. Шпольский, Э. В. Атомная физика: в 2 т. / Э. В. Шпольский. – СПб.: Лань, 2010. – Т. 1. – 560 с.; Т. 2. – 448 с.
18. Jackson, J. D. Classical electrodynamics / J. D. Jackson. – New York: Wiley, 1999. – xxii+808 p.
19. Поклонский Н. А., Вырко С. А., Поденок С. Л. Статистическая физика полупроводников. – М.: КомКнига, 2005. – 264 с.
20. Беллюстин, С. В. Классическая электронная теория / С. В. Беллюстин. – М.: Высш. шк., 1971. – 350 с.
21. Васильев, Б. В. Теорема вириала и некоторые свойства электронного газа в металлах / Б. В. Васильев, В. Л. Любошиц // Успехи физ. наук. – 1994. – Т. 164, № 4. – С. 367–374. https://doi.org/10.3367/UFNr.0164.199404f.0367
22. Любошиц, В. Л. Теорема вириала и условия равновесия системы заряженных частиц в магнитном поле / В. Л. Любошиц. – Дубна: ОИЯИ, 1996. – 18 с. – (Сообщения Объединенного института ядерных исследований; Р4-96-221).
23. Поклонский, Н. А. Термическая энергия ионизации водородоподобных примесей в полупроводниковых материалах / Н. А. Поклонский, С. А. Вырко, А. Н. Деревяго // Журн. БГУ. Физика. – 2020. – № 2. – С. 28–41. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2020-2-28-41
24. Haraldson, S. ESR-resonances in doped GaAs and GaP / S. Haraldson, C.-G. Ribbing // J. Phys. Chem. Solids. – 1969. – Vol. 30, № 10. – P. 2419–2425. https://doi.org/10.1016/0022-3697(69)90066-3
25. GaAs:Se and GaAs:Te photoconductive detectors in 300 µm region for astronomical observations / K. Watanabe [et al.] // Jpn. J. Appl. Phys. – 2008. – Vol. 47, № 11. – P. 8261–8264. https://doi.org/10.1143/JJAP.47.8261
26. Madelung, O. Semiconductors: data handbook / O. Madelung. – Berlin: Springer, 2004. – xiv+692 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-18865-7
27. Transition temperature from band to hopping direct current conduction in crystalline semiconductors with hydrogen-like impurities: Heat versus Coulomb attraction / N. A. Poklonski [et al.] // J. Appl. Phys. – 2011. – Vol. 110, № 12. – P. 123702 (7 p.). https://doi.org/10.1063/1.3667287
28. Аронзон, Б. А. Статистика электронов в полупроводниках в квантующем магнитном поле / Б. А. Аронзон, Е. З. Мейлихов // Журн. эксперим. и теор. физики. – 1971. – Т. 61, № 5 (11). – С. 1906–1912.
29. Мейлихов, Е. З. Влияние квантующего магнитного поля на концентрацию электронов в полупроводниках / Е. З. Мейлихов, Б. А. Аронзон // Докл. Акад. наук СССР. – 1972. – Т. 206, № 6. – С. 1329–1332.
30. Temperature dependence of the electron Landé g factor in InSb and GaAs / K. L. Litvinenko [et al.] // Phys. Rev. B. – 2008. – Vol. 77, № 3. – P. 033204 (4 p.). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.033204
31. Oestreich, M. Temperature dependence of the electron Landé g factor in GaAs / M. Oestreich, W. W. Rühle // Phys. Rev. Lett. – 1995. – Vol. 74, № 12. – P. 2315–2318. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.74.2315
32. Askerov, B. M. Thermodynamics, Gibbs method and statistical physics of electron gases / B. M. Askerov, S. R. Figarova. – Berlin: Springer, 2010. – xii+374 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-03171-7
33. Vdovin, A. V. Precise measurement of the free electron g-factor in InSb / A. V. Vdovin, E. M. Skok // Phys. Status Solidi B. – 1986. – Vol. 136, № 2. – P. 603–613. https://doi.org/10.1002/pssb.2221360225
34. Fourier-transform magnetophotoluminescence spectroscopy of donor-bound excitons in GaAs / V. A. Karasyuk [et al.] // Phys. Rev. B. – 1994. – Vol. 49, № 23. – P. 16381–16397. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.49.16381
35. Окулов, В. И. Ферми-жидкостная аномалия концентрационной зависимости g-фактора электронов проводимости в полупроводнике с гибридизированными примесными состояниями / В. И. Окулов, Е. А. Памятных, Г. А. Альшанский // Физика низких температур. – 2009. – Т. 35, № 2. – С. 194–196.
##reviewer.review.form##
Праглядаў: 830
Паслаць артыкул па эл. пошце 