高压下InAs的电学性质研究

发布时间：2020-02-07 06:43

【摘要】：砷化铟(Indium arsenide,InAs)是Ⅲ-Ⅴ族半导体材料中的优秀代表,具有超强的电子迁移率和电子迁移速度,主要在国防通信领域具有较强的应用。本论文利用薄膜制备与刻蚀技术,在金刚石对顶砧(diamond anvil cell,DAC)上集成薄膜微型电路,通过原位高压电阻率和霍尔效应测量方法,在25.0GPa的压力范围内对砷化铟的高压电学性质进行了研究,给出了InAs样品在高压下的电阻率、霍尔系数等电学参数随压力变化规律,并结合第一性原理计算方法,研究了InAs样品的结构相变和金属化现象微观机制。InAs的电阻率测量结果显示:加压过程中,样品电阻率分别在五处发生不连续变化,其中7.2GPa和16.0GPa处的电阻率突变与先前报道结构相变压力点一致,而3.8GPa、10.3GPa和11.7GPa的电阻率不连续变化则为首次发现,有关18.0GPa处存在第三次相变的报道在此次实验18.0GPa处并没出现电阻率突变现象。InAs的变温电阻率测量结果显示:当实验压力达到3.8GPa前后,样品电阻率随着温度的升高分别呈现下降和上升趋势,表明样品在3.8GPa前保持半导体属性,而在3.8GPa后则具有金属性质,样品出现压致金属化现象。InAs的霍尔效应测量结果显示:0GPa-7.2GPa压力范围载流子浓度n不断增大导致样品电阻率的不断减小;7.2GPa-10.3GPa压力范围,载流子迁移率μ持续增加成为影响样品电阻率继续下降的主要因素;10.3GPa时霍尔系数RH由负变正,样品由N型半导体转变为了P型半导体,电荷输运由电子导电转变为空穴导电;10.3GPa-11.7GPa,最终导致电阻率的下降;10.3GPa-12.5GPa压力范围,压力使带隙展宽,引起载流子浓度n下降和载流子迁移率μ增加,但是载流子迁移率μ增加的速率明显小于载流子浓度n下降的速率,因此电阻率有短暂的上升趋势;11.7GPa-25GPa,通过载流子浓度和载流子迁移率的变化趋势可以看出,其改变速率几乎一致,对电阻率的作用相互抵消,因此使得电阻率在11.7GPa之后并没有太明显的变化,近乎保持不变。InAs的第一性原理计算结果显示:焓与压力的变化关系可知,Ⅰ相和Ⅱ相在7.2GPa处有交点,7.2GPa发生F43m→Fm3m相的转变,Ⅱ相和Ⅲ相在16.0GPa处有交点,16.0GPa发生Fm3m→Cmcm相的转变。其中一次相变发生了 16.9%的体积塌缩,二次相变则发生了 0.7%的体积塌缩。能带结构计算表明,3.8GPa后样品导带穿过费米面与价带交叠,表明InAs样品为金属性质,发生了压致金属化现象。
【学位授予单位】：延边大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O521.2

【参考文献】