Модели электронного строения силицида CoSi
Диамагнетизм моносилицида кобальта надежно свидетельствует о малой величине паулиевской парамагнитной восприимчивости, что в свою очередь позволяет считать плотность состояний вблизи уровня Ферми весьма малой. Наблюдаемый рост магнитной восприимчивости при повышении температуры логичнее всего связывать с ростом паулиевского вклада в x, что, как и в случае TiSi, указывает на положительное значение N"(е) и может рассматриваться как дополнительное свидетельство расположения уровня Ферми в области минимума плотности состояний. По-видимому, с этим же обстоятельством связана значительно большая подвижность и меньшая эффективная масса носителей в сравнении с моносилицидами хрома, марганца и железа.
Оценка характеристических параметров электронной полосы моносилицида кобальта проведена в работах Асанабе с соавторами и Кайданова с соавторами. Первые обратили внимание на постоянство отрицательного коэффициента Холла и монотонный рост модуля коэффициента т.э.д.с. (также отрицательного) в интервале температур от гелиевых до 100°К. Это позволило сделать заключение о том, что в указанном интервале температур транспортные свойства можно рассматривать в приближении модели стандартной изотропной полосы с квадратичным законом дисперсии с учетом носителей — электронов — одного (отрицательного) знака. Их рассеяние осуществляется главным образом на акустических фононах, что подтверждается как характером температурной зависимости холловской подвижности, так и другими соображениями, которые будут рассмотрены ниже. Указанные обстоятельства позволили Асанабе и соавторам воспользоваться формулами (8)—(10) для коэффициентов переноса и рассчитать концентрацию и эффективную массу отрицательных носителей, которые оказались равными n = 4,5*10в20 см-3 и m* = 2m0.
Повышение температуры более 100—300° К приводит к существенному уменьшению коэффициента Холла и нарушению монотонности возрастания модуля [а]. В простейшем приближении это указывает на появление носителей другого (положительного) знака, вклад которых был несуществен при низких температурах. В связи с этим возникает необходимость использования для расчета коэффициентов переноса формул двухзонной модели, которые для случая рассеяния носителей на акустических фононах имеют вид:
Для расчетов b и mp* было также предположено, что: 1) разность р—n не зависит от температуры и 2) отношение подвижностей b может быть представлено в виде b = (mp*/mn*)a', где а' = 2,5 и указывает на внутризонный характер рассеяния, связанный с акустическими фононами. В результате подбора значений тp* и b, наилучшим образом описывающих коэффициенты переноса в приближении формул с (19) по (22), авторы ориентировочно оценили их следующими величинами mp* = 4m0 и b = 5. Перекрытие электронной и дырочной под-полос Ae = -(nn*—np*)k0Т оказалось приблизительно равным 0,02 эв.
Сходные выводы относительно механизма электропроводности в CoSi были сделаны в работе Кайданова и соавторов. Как уже упоминалось выше, в цитируемом исследовании наряду с другими коэффициентами переноса была определена постоянная Q поперечного эффекта Нернста — Эттингсгаузена. Совокупность изученных коэффициентов позволила вычислить для параболичной зоны параметр рассеяния r (показатель степени в выражении l=er, связывающем длину свободного пробега l носителей тока с их энергией е). Для случая вырожденного полупроводника параметр r может быть вычислен из соотношения
Кроме того, имеется возможность определить эффективную массу плотности состояний (md) по формуле
Соответствующие расчеты, выполненные для низких температур, привели к значениям md* = 2,6m0 (электронные носители) и r = 0,04. Близость параметра рассеяния r к нулю достаточно надежно свидетельствует о преобладании рассеяния на акустических фононах.
Оценка перекрытия электронной и дырочной полос и эффективной массы дырочных носителей в двухзонной модели с рассеянием на акустических фононах привела авторов к значениям m* = 4m0 и Ae = 0,045 эв.
Сравнение энергетических полос моносилицидов железа и кобальта выявляет как некоторое их сходство, так и различие. В обоих моносилицидах уровень Ферми расположен в области малых плотностей состояний на «стыке» двух подполос. При этом в FeSi они разделены узкой щелью (или касаются друг друга), а в CoSi слегка перекрыты. Однако, если в моносилициде железа смежные подполосы, по-видимому, содержат состояния, соответствующие носителям с очень большой плотностью состояний (по крайней мере, для дырочных носителей), то в CoSi в уровню Ферми примыкают участки подполос, содержащие состояния, соответствующие гораздо более легким носителям (рис. 141). Естественно предполагать, что генезис подполос в обоих моносилицидах одинаков и при переходе от одного к другому лишь слегка меняется взаимное расположение максимумов N(e). В этом случае можно считать, что лишний по сравнению с FeSi электрон моносилицида кобальта займет состояния в верхней из смежных подполос в спектре «FeSi», а так как после этого заселения плотность состояний вновь оказывается минимальной, то этой подполосе следует приписать емкость, равную единице.
Оптический спектр отражения для CoSi напоминает спектр, свойственный кремнию, и содержит шесть максимумов в области энергий от 3 до 11 эв. В этой работе кратко обсуждается возможный вид энергетической полосы.
