Особливості приповерхневої провідності кремнієвих мікроструктур за низьких температур
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
Досліджено особливості перенесення носіїв заряду мікрокристалів кремнію, легованих бором до концентрацій, які відповідають переходу метал-діелектрик, та нікелем, що знаходиться у приповерхневій області кристала. Досліджено намагніченість до 0,4 Тл та магнетоопір ниткоподібних мікрокристалів кремнію під дією магнітних полів до 14 Тл за температури 4,2 К. Проведено детальний аналіз результатів теоретичних досліджень магнітних та магнітотранспортних властивостей Si<B, Ni>. Встановлено квадратичний характер залежності коефіцієнту від’ємного магнетоопору від намагніченості в мікрокристалах кремнію для інтервалу намагніченості більше 5´105 A/м, що відповідає стрибковій провідності носіїв заряду по двічі зайнятим домішковим станам. Натомість для малих М до 5´105 A/м порушується квадратична залежність магнетоопору від намагніченості, що пов’язано із стрибковим механізмом перенесення носіїв заряду по однозайнятим домішковим рівням. Встановлено, що введення магнітної домішки може вплинути на електромагнітні властивості кристала, пов'язані з транспортом носіїв заряду шляхом стрибкового тунелювання в приповерхневій зоні.
Бібл. 30, рис. 5, табл. 1.
Блок інформації про статтю
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
Посилання
A. Fert, “The present and the future of spintronics”, Thin Solid Films, Vol.517, pp.2-5, 2008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2008.08.172" target="_blank">10.1016/j.tsf.2008.08.172
I. Zutic, J. Fabian, and S. Das Sarma, “Spintronics: Fundamentals and applications”, Rev. Mod. Phys. Vol.76, p.323, 2004. DOI: 10.1103/RevModPhys.76.323
M. W. Wu, J. H. Jiang, and M. Q. Weng, “Spin dynamics in semiconductors”, Physics Reports 493, pp.61-236, 2010. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physrep.2010.04.002" target="_blank">10.1016/j.physrep.2010.04.002
A. Kamra, B. Ghosh and T. K. Ghosh, “Spin relaxation due to electron-electron magnetic interaction in high Lande g-factor semiconductors”, J. Appl. Phys. 108, p. 054505, 2010. DOI: 10.1063/1.3481063
D. Sanchez, C. Gould, G. Schmidt and L. W. Molenkamp, “Spin-Polarized Transport in II–VI Magnetic Resonant-Tunneling Devices”, IEEE Trans. Electron Devices 54, 2007, pp. 984 – 990. DOI: TED.2007.894373
H. W. Wu, C. J. Tsai, and L. J. Chen, “Room temperature ferromagnetism in Mn+-implanted Si nanowires”, Appl.Phys. Let. 90, p. 043121, 2007. DOI: 10.1063/1.2432273
A. A. Druzhinin, I. P. Ostrovskii, Yu. M. Khoverko, Iu. R. Kogut, S. I. Nichkalo, J. K. Warchulska, “Magnetic susceptibility of doped Si nanowhiskers”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol.12, pp.8690–8693, 2012. DOI: 10.1166/jnn.2012.6804
A. A. Druzhinin, I. P. Ostrovskii, Yu. M. Khoverko, K. Rogacki et al, “Magnetic susceptibility and magnetoresistance of neutron-irradiated doped SI whiskers”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 393, pp.310–315, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2015.05.073" target="_blank">10.1016/j.jmmm.2015.05.073
Durgun E., D. Cakir, N. Akman, and S. Ciraci, “Half-metallic silicon nanowires: First- Principles Calculations”, Phys. Rev. Lett. 99(25), p. 256806, 2007. DOI: 10.1103/PhysRevLett.99.256806
Anatoly Druzhinin, Igor Ostrovskii, Yuriy Khoverko, Sergij Yatsukhnenko,”Magnetic properties of doped Si<B,Ni> whiskers for spintronics”, Journal of Nano Research,Vol. 39, pp. 43–54, 2016. DOI: 10.4028/www.scientific.net/JNanoR.39.43
Liang Wei-Hua, Ding Xue-Cheng, Chu Li-Zhi, Deng Ze-Chao, Guo Jian-Xin, Wu Zhuan-Hua, Wang Ying-Long, “First-principles study of electronic and optical properties of Ni-doped silicon nanowires”, Acta Phys. Sin.,Vol. 59, Issue (11): 8071-8077, 2010. URL: http://wulixb.iphy.ac.cn/CN/Y2010/V59/I11/8071
Yatsukhnenko S., Druzhinin A., Ostrovskii I., Khoverko Yu., Chernetskiy M., “Nanoscale conductive channels in silicon whiskers with nickel impurity”, Nanoscale Research Letters, Vol. 12:78, pp.1-7, 2017. DOI: 10.1186/s11671-017-1855-9
D. Ferrand, J. Cibert, A. Wasiela, C. Bourgognon, S. Tatarenko, G. Fishman, T. Andrearczyk, J. Jaroszyski, S. Kole'snik, T. Dietl, et al., “Carrier-induced ferromagnetism in p−Zn1−xMnxTe”, Phys. Rev. B 63, p. 085201, 2001. DOI: 10.1103/PhysRevB.63.085201
H. Ohno, H. Munekata, T. Penney, S. von Moln'ar, and L. L. Chang, “Magnetotransport properties of p-type (In,Mn)As diluted magnetic III-V semiconductors”, Phys. Rev. Lett. 68, pp.2664-2667, 1992. DOI: 10.1103/PhysRevLett.68.2664
S. Patibandla, S. Pramanik, S. Bandyopadhyay and G. C. Tepper, “Spin relaxation in a germanium nanowire”, J. Appl. Phys. 100, p. 044303, 2006. DOI: 10.1063/1.2230012
C. Tahan, R. Joynt. “Rashba spin-orbit coupling and spin relaxation in silicon quantum wells”, Phys. Rev. B 71, p. 075315, 2005. DOI: 10.1103/PhysRevB.71.075315
Saroj P. Dash, Sandeep Sharma, Ram S. Patel, Michel P. de Jong & Ron Jansen, “Electrical creation of spin polarization in silicon at room temperature”, Nature 462, pp. 491–494, 2009. DOI: 10.1038/nature08570
Druzhinin, I. Ostrovskii, Y. Khoverko, R. Koretskii, “Strain-induced effects in p-type Si whiskers at low temperatures”, Materials Science in Semiconductor Processing,Vol. 40, pp. 766–771, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mssp.2015.07.015" target="_blank">10.1016/j.mssp.2015.07.015
A. Druzhinin, I. Ostrovskii, Yu. Khoverko, S. Nichkalo, R. Koretskyy, Iu. Kogut, “Variable-range hopping conductance in Si whiskers”, Phys. Status Solidi A Vol. 211, №2, pp.504–508, 2014. DOI: 10.1002/pssa.201300162
Druzhinin A.A., I.P. Ostrovskii, Yu.M. Khoverko, N.S. Liakh-Kaguj and Iu.R. Kogut,”Strain effect on magnetoresistance of SiGe solid solution whiskers at low temperatures”, Materials Science in Semiconductor Processing, Vol. 14, № 1, pp.18–22, 2011. DOI: 10.1016/j.mssp.2010.12.012
Toyozawa Y. “Theory of Localized Spins and Negative Magnetoresistance in the Metallic Impurity Conduction”, J. Phys. Soc. Japan 17, p.986-1004, 1962. DOI: 10.1143/JPSJ.17.986
Sasaki W., “Negative Magnetoresistance in the Impurity Conduction of n-type Germanium,” Journal of Physical Societty of Japan,Vol.30, p.825-833, 1965. DOI: 10.1143/JPSJ.20.825
Matsubara T. and Y. Toyozawa Theory of Impurity Band Conduction in Semiconductors: An Approach to Random Lattice Problem, Prog. Theoret. Phys. 26, p. 739, 1961. DOI: 10.1143/PTP.26.739
B.. E. Sernelius, and M. Morling, in “Shallow Impurities in Semiconductors” 1988, Inst. Phys. Conf. Ser. No. 95, edited by B. Monemar (IOP, Bristol, 1989), p. 555.
B. E. Sernelius, “Generalized Drude approach to the conductivity relaxation time due to electron-hole collisions in optically excited semiconductors”, Phys.Rev.B40, p.12438, 1989. DOI: 10.1103/PhysRevB.40.12438
B. E. Sernelius, “Intraband relaxation time in highly excited semiconductors”, Phys.Rev.B43, p.7136, 1991. 10.1103/PhysRevB.43.7136
J. M. Ziman, “A theory of the electrical properties of liquid metals. I: The monovalent metals”, Philos. Mag.6, p.1013, 1961. DOI: 10.1080/14786436108243361
Antonio Ferreira da Silva, Alexandre Levine and Zahra Sadre Momtaz, Henri Boudinovm, Bo E. Sernelius, “Magnetoresistance of doped silicon”, Physical Review B 91, p.214414, 2015. DOI: 10.1103/PhysRevB.91.214414
A. O. Druzhynin, Yu. M. Khoverko, O. P. Kutrakov, R. M. Koretskyi, S. Yu. Yatsukhnenko “Sensitive element of a two-function magnetic field sensor and microcrystal deformation Si<B, Ni>” [Chytluvuj element dvofunkcijnogo sensora magnitnogo polya ta deformacii na osnovi microkrustaliv Si<B,Ni>], Technology and design in electronic equipment, no. 3, p. 24–29, 2017. DOI: 10.15222/TKEA2017.3.24
Yatsukhnenko S., A. Druzhinin, I. Ostrovskii, Yu. Khoverko, R. Koreckii,”Impedance of boron and nickel doped silicon whiskers”, Journal of Molecular Crystal and Liquid Crystal 661(1), p.12-19, 2018. DOI: 10.1080/15421406.2018.1460233
