Journal of Physical Studies 23(3), Article 3701 [5 pages] (2019)
DOI: https://doi.org/10.30970/jps.23.3701

THE IMPACT OF INTRINSIC CONDUCTIVITY ON THE MECHANISMS OF TENSORESISTANCE OF UNIAXIALLY DEFORMED n-Ge SINGLE CRYSTALS

S. V. Luniov

Lutsk National Technical University,
75, L'vivska St., Lutsk, UA-43018, Ukraine
luniovser@ukr.net

The tensoresistance for the $n$-Ge single crystals uniaxially deformed along the crystallographic direction [100] in the region of intrinsic conductivity is investigated. Measurements were conducted for $n$-Ge samples, alloyed by Sb impurity, $N_{\rm Sb}=5\cdot 10^{14}$ cm$^{-3}$ concentration.

The dependence of tensoresistance at temperatures $T<330$ K has three characteristic regions. For the first region (at $P<0.8$ GPa), the resistivity of $n$-Ge does not depend on the uniaxial pressure, since at such pressures there is a lack of the deforming redistribution of electrons between the $L_1$ and $\Delta_1$ minima. For uniaxial pressures from 0.8 to 2 GPa (second region), the growth of the resistivity of $n$-Ge is explained by the decrease of an effective electron mobility due to the redistribution of electrons between the $L_1$ and $\Delta_1$ minima with different mobility. A sharp decrease of the resistivity of $n$-Ge at uniaxial pressures $P>2$ GPa (third region) is associated with an increase in the concentration of intrinsic carriers.

The reduction of the resistivity of the investigated samples of germanium at temperatures $T> 330$ K is explained by the growth of the intrinsic carrier concentration of current. The features of the $n$-Ge tensoresistance and the non-linear growth of the electron concentration for such single crystals in the range of uniaxial pressures from 0.8 to 2.4 GPa are explained by the two-band mechanism of intrinsic conduction. The conduction band of germanium under such pressures becomes ($L_1-\Delta_1$)-type. A sharp decrease in the resistivity of $n$-Ge at uniaxial pressures $P> 2.4$ GPa is associated with an increase in the magnitude of the baric coefficient of the variation of the width of the band gap at the expense of ($L_1-\Delta_1$)-type inversion of the absolute minimum in germanium. The obtained results are important in the interpretation of various kinetic effects observed in highly deformed germanium single crystals and germanium-based nanostructures. Therefore, the results can be used for the creation of high-pressure sensors, heterostructures of SiGe, quantum dots of germanium.

PACS number(s): 72.20.Fr, 72.10.-d

pdf

References
  1. А. А. Selezenev, А. Y. Aleinikov, P. V. Ermakov, N. S. Ganchuk, S. N. Ganchuk, R. E. Jones, Phys. Solid State 54, 462 (2012);
    CrossRef
  2. C. Claes, E. Simoen Germanium-Based Technologies (Elsevir, Oxford, 2007);
    CrossRef
  3. M. Kobayashi, T. Irisawa, B. Magyari-Kope, K. Saraswat, H.-S.P. Wong, Y Nishi, Electron Dev. 57, 1037 (2010); https://ieeexplore.ieee.org/document/5424035
  4. M. Kobayashi et al., in 2009 Symposium on VLSI Technology, (IEEE, 2009), p. 76; https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/5200640
  5. Youn Sung Choi, Ji-Song Lim, T. Numata, T. Nishida, S. E. Thompson, J. Appl. Phys. 102, 104507 (2007);
    CrossRef
  6. J. Petykiewicz et al., Nano Lett. 16, 2168 (2016);
    CrossRef
  7. Cicek Boztug al., Am. Chem. Soc. Nano 8, 3136 (2014);
    CrossRef
  8. П. И. Баранский, В. Н. Ермаков, В. В. Коломоец, П. Ф. Назарчук, в Тезисы докладов XI Международной конференции МАРИВД (Киев, ИСМ АН УССР, 1987), c. 127.
  9. M. I. Daunov, I. K. Kamilov, S. F. Gabibov, R. Kh. Akchurin, Phys. Status Solidi (b) 223, 525 (2001);
    CrossRef
  10. S. V. Luniov, O. V. Burban, P. F. Nazarchuk, A. I. Zimych, J. Adv. Phys. 7, 1931 (2015).
  11. С. В. Луньов, Журн. нано електрон. фіз. 7, 03029 (2015).
  12. В. В. Черныш, Б. Ш. Куамба, Термоэлектричество 3, 29 (2007).
  13. J. Wortman, J. Hauser, R. Burger, J. Appl. Phys., 35, 2122 (1964);
    CrossRef
  14. В .Я. Дучал, В. Н. Ермаков, В. В. Коломоец, Физ. техн. полупр. 10, 1902 (1986).
  15. А. В. Федосов, С. А. Федосов, М. В. Хвищун, Д. А. Захарчук, Наук. вісн. Волин. держ. ун-ту імені Лесі Українки 7, 26 (2001).
  16. П. И. Баранский, В. В. Коломоец, Б. А. Сусь, В. И. Шаповалов, Физ. техн. полупр. 13, 602 (1979).
  17. S. V. Luniov, P. F. Nazarchuk, O. V. Burban, Ukr. J. Phys. 60, 1022 (2015);
    CrossRef
  18. П. С. Киреев, Физика полупроводников (Высшая школа, Москва, 1969).
  19. А. Л. Полякова, Деформация полупроводников и полупроводниковых приборов (Наука, Москва, 1979).
  20. П. І. Баранский, А. В. Федосов, Г. П. Гайдар, Фізичні властивості кристалів кремнію та германію в полях ефективного зовнішнього впливу (Надстир'я, Луцьк, 2000).
  21. S. V. Luniov, O. V. Burban, J. Adv. Phys. 5, 705 (2014).
  22. В. П. Савчин, Р. Я. Шувар, Електронне перенесення в напівпровідниках та напівпровідникових структурах (Видавничий центр ЛНУ імені Івана Франка, Львів, 2008).
  23. S. V. Luniov, P. F. Nazarchuk, O. V. Burban, J. Phys. Stud. 17, 3702 (2013).
  24. Б. Павлик, Р. Дідик, Р. Лис, Й. Шикоряк, Електрон. інформ. технол. 6, 39 (2016).
  25. Б. Павлик et al., Електрон. інформ. технол. 3, 54 (2013).