Низкотемпературные аномалии подвижности и осцилляций Шубникова–де Гааза при резонансном рассеянии электронов на донорных примесях в полупроводниках. Объяснение на основе подхода Фриделя

Abstract

Исследованы проявления резонансного рассеяния электронов на донорных примесях в низкотемпературной проводимости полупроводников в условиях, когда донорный резонансный уровень энергии примесей расположен в полосе проводимости. Показано, что на основе применения теории резонансного рассеяния в рамках подхода Фриделя можно объяснить стабилизацию концентрации электронов, максимум их подвижности и минимум температуры Дингла в зависимости от концентрации донорных примесей, а также связанные с резонансом аномальные температурные зависимости подвижности. Получены новые экспериментальные данные по концентрации, подвижности и температуре Дингла электронов в кристаллах селенида ртути с примесями железа и установлено, что они, как и уже известные результаты, вполне согласуются с закономерностями, предсказываемыми в развитом подходе. Обсуждается соотношение данного подхода с использовавшейся до сих пор интерпретацией концентрационного максимума подвижности и приведены аргументы в пользу его применимости.

Досліджено проявлення резонанасного розсіяння електронів на донорних домішках у низькотемпературн ій провідності напівпровідників в умовах, коли донорний резонансний рівень енергії домішок розташован у смузі провідності. Показано, що на основі застосування теорії резонансного розсіяння у рамках підходу Фріделя можливо пояснити стабілізацію концентрац ії електронів, максимум їх рухливості та мінімум температури Дінгла в залежності від концентрації донорних домішок, а також зв’язані з резонансом аномальні температурні залежност і рухливості. Отримано нові експериментальні дані з концентрації, рухливості та температури Дінгла електронів у кристалах селеніду ртуті з домішками заліза та установлено, що вони, як і вже відомі результати, цілком узгоджуються з закономірностями, що прогнозовано у розвинутому підході. Обговорюється співвідношення даного підходу з інтерпретацією концентрац ійного максимуму рухливості, що використовано до цієї пори, та приведено аргументи на користь його застосування.

The anomalies of electron mobility in a semiconductor doped with impurities, the donor resonant energy level of which lies in the conduction band are studied. The use of the resonance scattering theory in the framework of Friedel’s approach allowed us to describe the stabilization of conduction electron concentration, the maximum of their mobility and the minimum of the Dingle temperature depending on impurity concentration as well as the anomalous temperature dependences of mobility related to the resonance. It is shown that the experimental data on concentration, mobility and Dingle temperature of electrons in mercury selenide with iron impurities (both already known and those obtained in the present work) are in good agreement with the dependences predicted in the approach developed. The correlation between the given approach and the interpretation of concentration maximum of mobility used before is made, and the arguments in favour of the former are given.