Фотопроводимость кремния, легированного золотом
Тафт и Хорн показали, что золото действует как донор или как ловушка дырок в кремнии. Из полученных ими данных по зависимости удельного электросопротивления от температуры они нашли, что энергетический уровень располагается на 0,33 эв выше заполненной зоны. Интересно определить, можно ли получить соответствующие результаты при изучении кривой фотопроводимости кремния, легированного золотом. Предварительные эксперименты Тафта показали наличие эффекта фотопроводимости при низких температурах.
Фотопроводимость измерялась с помощью обычной последовательной схемы соединения. В экспериментах с применением прерываемого света (13 гц) был использован термопарный усилитель Перкина — Эльмера с предварительным усилителем, имеющим высокое входное полное сопротивление. Для измерений постоянного тока был использован вибрационный электрометр. Во всем интервале, изученном в настоящей работе, фототоки были линейными в зависимости от напряжения и интенсивности освещения. Был применен монохроматор Перкина —Эльмера с призмой из СаF2. Образцы монтировались в криостате, снабженном окном из NaCl. Освещение по их длине было в основном равномерным.
На фигуре показаны спектры фотопроводимости образца кремния р-типа, легированного золотом, при температурах жидкого водорода, жидкого азота и сухого льда. Этот образец при указанных температурах имел высокое сопротивление (выше 5 Мом). Приведенные кривые типичны для кривых, полученных на подобных же образцах, вырезанных из трех различных слитков, легированных золотом. Кривые, построенные на основании данных, полученных при прерывании света, были нормализованы путем измерения постоянного фототока при определенной длине волны (0,8 эв).
Отчетливо видно, что спектр фотопроводимости разделяется на собственную область при энергиях примерно больше 1,1 эв и на примесную область ниже этого значения. Данные для 77 и 20° К можно, по-видимому, интерпретировать просто.
Форма кривой при этих температурах предполагает процесс простой фотоионизации.
Несколько не ясно, какую величину следует принять за значение длинноволновой границы фотоэффекта. Если по некоторой аналогии с собственной областью мы определим границу как энергию, при которой ответ составляет около 10в-3 от значения, соответствующего горизонтальному участку кривой, то данные, приведенные в настоящей работе, дают энергию оптической активации 0,32—0,33 эв в соответствии с энергией, определенной из температурной зависимости.
Данные, полученные при температуре сухого льда, не могут быть объяснены так просто. Кривая примесной фотопроводимости, по-видимому, является наложением по крайней мере двух простых кривых фотопроводимости, причем первая из них соответствует границе фотоэффекта, найденной ранее -0,33 эв. а вторая соответствует границе вблизи 0,7 эв.
Можно сделать предположение, что данные при температуре сухого льда указывают на присутствие второго донорного уровня золота примерно на 0,7 эв выше заполненной зоны Этот уровень будет иметь место только тогда, когда заполнен более низкий донорный уровень. Однако приближенное вычисление уровня Ферми по данным удельного сопротивления указывает на то, что он располагается на донорном уровне 0,33 эв даже при температуре сухого льда. Если уровень Ферми при переходе от 195 к 77° К изменяется лишь незначительно, то, по-видимому, трудно объяснить эти данные в терминах модели двух уровней. В настоящее время мы не можем предложить ничего другого. Если бы имелись данные об удельном сопротивлении и оптических свойствах для образцов, которые можно было бы. легируя золотом, перевести в n-тип, то, вероятно, можно было бы получить более полные сведения о схеме энергетических уровней в кремнии, легированном золотом.
Длительность фотоэффекта для образцов, легированных золотом, была порядка 10 мксек В настоящей работе даже при 20° К не было обнаружено длительных фотоэффектов или закалочных эффектов, которые указывали бы на присутствие устойчивых ловушек.