Долгие годы в исследованиях низкотемпературной электропроводности легированных полупроводников отсутствовала количественная теория, которая позволяла бы анализировать экспериментальные данные по т.н. ε2-проводимости, в области температур, промежуточной между ε1-проводимостью, связанной с термической ионизацией примесей и прыжковой ε3-проводимостью по основным (ионизованным) состояниям примесной зоны. В данной работе [1] для анализа энергии активации ε2-электропроводности легированных полупроводников впервые предложена и доведена «до числа» модель туннельной (скачковой) миграции носителей заряда вблизи порога их подвижности в подзоне нейтральных состояний основных водородоподобных примесей. Главные отличия её от известной качественной модели Хаббарда состоят в предложенных механизме межпримесных туннельных переходов носителей заряда и расчете положения порога их туннельной подвижности на основеэффекта кулоновской блокады.

Порог дрейфовой подвижности делокализованных (свободных) носителей заряда соответствует величине энергии термической ионизации основных примесей ε1 > ε2, находится вблизи дна c-зоны или потолка v-зоны в полупроводниках n- и p-типа, соответственно, и обусловлен перекрытием возбужденных состояний электрически нейтральных основных примесей. Положение порога туннельной подвижности для ε2-проводимости определяется кулоновской блокадой туннелирующих электронов (дырок), полем основных примесей в зарядовых состояниях (−1) и (+1), возникающих в результате туннельных переходов между исходно нейтральными примесями. Предполагалось, что легирующие и компенсирующие примеси образуют единую простую нестехиометрическую кубическую решетку в кристаллической матрице. Выполненный расчёт величины энергии активации ε2 демонстрирует хорошее количественное согласие с известными экспериментальными данными для кристаллов Si:P и Ge:Sb на всей изоляторной стороне концентрационного фазового перехода изолятор–металл (перехода Мотта).

Публикации

1. [1] Calculation of the activation energy of electrical ε2-conductivity of weakly compensated semiconductors / N.A. Poklonski, I.I. Anikeev, S.A. Vyrko, A.G. Zabrodskii // Phys. Status Solidi B. – 2025. – Vol. 262, № 1. – P. 2400178 (1–12).