Эффект Френкеля-Пула в ионизации акцепторов бора в алмазе / Алтухов И.В., Каган М.С., Папроцкий С.К., Хвальковский Н.А., Родионов Н.Б., Большаков А.П., Ральченко В.Г., Хмельницкий Р.А.

Исследовался вертикальный транспорт дырок в пленках монокристаллического алмаза с бором,выращенных методом парофазного химического осаждения на сильно легированных боромподложках (~2×1019 см-3). Толщина пленок составляла 10-12 мкм. Омические контакты былиизготовлены из сплава Ni-W. Для записи вольтамперных характеристик (ВАХ) использовалисьпрямоугольные импульсы напряжения до ~5*105 В/см длительностью 0,5 - 10 мксек, либо постоянноенапряжение. Измерения проведены при комнатной температуре. В слабых полях ВАХ линейна, чтопозволяет оценить концентрацию p свободных носителей в этом слое и, соответственно,концентрацию NB нейтральных атомов акцепторной примеси бора: p~108 см-3 и NB ~1014 см-3. Начинаяс полей ~3 кВ/см наблюдается квадратичная зависимость тока от напряжения, которую мы связываемс линейной зависимостью коэффициента захвата дырок на притягивающие ионы бора отэлектрического поля [1]. При полях выше ~ 30 кВ/см наблюдается экспоненциальный рост тока,вызванный ионизацией атомов бора электрическим полем. Показано, что ионизация вызванаэффектом Френкеля Пула – понижением потенциального барьера примеси во внешнемэлектрическом поле. Наблюдаются также особенности, связанные с выходом глубоких возбужденныхсостояний акцепторов в сплошной спектр валентной зоны. Ударная ионизация примеси в нашемслучае не наблюдается из-за малой исходной концентрации свободных дырок и большой энергиисвязи (0,37 эВ) атомов бора.Зависимость проводимости (концентрации свободных носителей тока) от электрического поляхорошо описывается формулой Френкеля:e – элементарный заряд, E – электрическое поле, - диэлектрическая проницаемость, k – постояннаяБольцмана, T – температура.