Influence of electron - phonon interaction on piezoresistance of single crystals n-Ge

Abstract

Piezoresistance of uniaxially deformed along the crystallographic direction [100] single crystals n-Ge for different fixed temperatures has been investigated. Presence of the significant piezoresistance for given conditions of the experiment is explained by increase in the effective mass and decrease in the relaxation time for electrons at the expense of the inversion of (L1-∆1) type of an absolute minimum in n-Ge. Temperature dependencies of resistivity for undeformed (L1model of conduction band) and deformed under uniaxial pressureP=3 GPа (∆1model of conduction band) single crystals n-Ge are obtained. Resistivity for undeformed single crystals n-Ge is changed according to the law ρ~T1.66. Resistivity for uniaxially deformed single crystals n-Ge is changed as ρ~T1.53. The given dependencies show that for L1 model of the conduction band in contrast to ∆1model one must equally with intravalley scattering of electrons on acoustic phonons take into account scattering of electrons on optical and intervalley phonons. Therefore reduction of the magnitude piezoresistance n-Ge with the increasing temperature is associated with “turning-off” at the expense of the inversion of (L1-Δ1) type of absolute minimum under uniaxial pressure P>2.7 GPа mechanism for scattering of electrons on intervalley and optical phonons. Comparison of results of theoretical calculations with relevant experimental data shows that peculiarities of piezoresistance n-Ge under uniaxial pressures  1.6<P<2.7 GPа for (L1-Δ1) model of conduction band n-Ge can be described only taking into account nonequivalent intervalley scattering of electrons between the minima L1 and Δ1.

Особливості Тензоопору Монокристалів N-Ge При Сильних Одновісних Тисках

“…The influence of high uniaxial pressures leads to a radical deformational reconstruction of the conduction and valence bands of germanium, as well as the energy structure of defects. [5][6][7]. Such changes in the band structure will consequently affect the tensoresistance of germanium, which is not thoroughly studied at the high uniaxial pressures.…”

THE INFLUENCE OF UNIAXIAL STRAIN AND HYDROSTATIC PRESSURE ON PROPERTIES OF InSb THIN LAYERS

“…Слід зауважити, що також створені сенсори механічних величин на базі напівпровідникових ниткоподібних кристалів, зокрема таких як кремній і германій [2]. Багатьма дослідженнями п'єзорезистивних властивостей мікро-та нанокристалів кремнію і германію виявлено гігантські значення їх коефіцієнта тензочутливості за низьких температур [3][4][5][6]. Попередні роботи авторів [7,8] довели, що ниткоподібні кристали Si, Ge і твердого розчину SiGe із концентрацією легуючої домішки в області переходу метал-діелектрик, є перспективними матеріалами для створення високочутливих сенсорів механічних величин, працездатних в області низьких температур.…”

The impact of intrinsic conductivity on the mechanisms of tensoresistance of uniaxially deformed n-Ge single crystals

“…Отриманi експериментальнi результати автори пояснюють наявнiстю мiждолинного розсiяння мiж мiнiмумами L 1 та ∆ 1 . У працях [10][11][12] дослiджено вплив електрон-фононої взаємодiї на тензоопiр, коефiцiєнти Голла та термо ЕРС n-Ge за високих одновiсних тискiв, коли реалiзується (L 1 − ∆ 1 )-та ∆ 1 -модель зони провiдностi германiю. Одержанi експериментальнi результати та проведенi теоретичнi розрахунки показали, що суттєвий внесок у величину спостережувальних ефектiв робить нееквiвалентне (L 1 − ∆ 1 ) мiждолинне розсiяння та f -i g-розсiювання в ∆ 1 -долинах на оптичних фононах.…”

“…Для першої (за P < 0.8 ГПа) питомий опiр n-Ge практично не залежить вiд одновiсного тиску, оскiльки за таких тискiв вiдсутнiй деформацiйний перерозподiл електронiв мiж L 1 -та ∆ 1 -мiнiмумами та ще не проявляється механiзм власної провiдностi. Для одновiсних тискiв вiд 0.8 до 2 ГПа (друга дiлянка) зростання питомого опору n-Ge пояснюємо зменшенням ефективної рухливостi електронiв за рахунок перерозподiлу електронiв мiж мiнiмумами L 1 -та ∆ 1 з рiзною рухливiстю [10,16]. Вплив домiшкової провiдностi за рахунок зростання енерґiї йонiзацiї домiшок Sb за одновiсного тиску [17] на тензоопiр германiю для цих температур не проявлятиметься, оскiльки за таких умов домiшки Sb будуть повнiстю йонiзованими.…”

“…Вплив домiшкової провiдностi за рахунок зростання енерґiї йонiзацiї домiшок Sb за одновiсного тиску [17] на тензоопiр германiю для цих температур не проявлятиметься, оскiльки за таких умов домiшки Sb будуть повнiстю йонiзованими. Зокрема, як випливає з одержаних результатiв працi [10], тензоопiр одновiсно деформованих уздовж кристалографiчного напрямку [100] монокристалiв германiю за температур T > 110 K та тискiв P > 2.5 ГПа виходить на насичення. Це вказує на те, що вже навiть за таких температур домiшки Sb повнiстю йонiзованi для рiзної структури зони провiдностi германiю.…”