高壓下InAs的電學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、砷化銦(Indium arsenide，InAs)是Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料中的優(yōu)秀代表，具有超強(qiáng)的電子遷移率和電子遷移速度，主要在國(guó)防通信領(lǐng)域具有較強(qiáng)的應(yīng)用。本論文利用薄膜制備與刻蝕技術(shù)，在金剛石對(duì)頂砧(diamond anvil cell，DAC)上集成薄膜微型電路，通過原位高壓電阻率和霍爾效應(yīng)測(cè)量方法，在25.0GPa的壓力范圍內(nèi)對(duì)砷化銦的高壓電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，給出了InAs樣品在高壓下的電阻率、霍爾系數(shù)等電學(xué)參數(shù)隨壓力變化規(guī)律，并結(jié)

2、合第一性原理計(jì)算方法，研究了InAs樣品的結(jié)構(gòu)相變和金屬化現(xiàn)象微觀機(jī)制。
　　InAs的電阻率測(cè)量結(jié)果顯示:加壓過程中，樣品電阻率分別在五處發(fā)生不連續(xù)變化，其中7.2GPa和16.0GPa處的電阻率突變與先前報(bào)道結(jié)構(gòu)相變壓力點(diǎn)一致，而3.8GPa、10.3GPa和11.7GPa的電阻率不連續(xù)變化則為首次發(fā)現(xiàn)，有關(guān)18.0GPa處存在第三次相變的報(bào)道在此次實(shí)驗(yàn)18.0GPa處并沒出現(xiàn)電阻率突變現(xiàn)象。
　　InAs的變溫電阻率測(cè)

3、量結(jié)果顯示:當(dāng)實(shí)驗(yàn)壓力達(dá)到3.8GPa前后，樣品電阻率隨著溫度的升高分別呈現(xiàn)下降和上升趨勢(shì)，表明樣品在3.8GPa前保持半導(dǎo)體屬性，而在3.8GPa后則具有金屬性質(zhì)，樣品出現(xiàn)壓致金屬化現(xiàn)象。
　　InAs的霍爾效應(yīng)測(cè)量結(jié)果顯示:0GPa-7.2GPa壓力范圍載流子濃度n不斷增大導(dǎo)致樣品電阻率的不斷減小;7.2GPa-10.3GPa壓力范圍，載流子遷移率μ持續(xù)增加成為影響樣品電阻率繼續(xù)下降的主要因素;10.3GPa時(shí)霍爾系數(shù)RH由負(fù)

4、變正，樣品由N型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榱薖型半導(dǎo)體，電荷輸運(yùn)由電子導(dǎo)電轉(zhuǎn)變?yōu)榭昭▽?dǎo)電;10.3GPa-11.7GPa，最終導(dǎo)致電阻率的下降;10.3GPa-12.5GPa壓力范圍，壓力使帶隙展寬，引起載流子濃度n下降和載流子遷移率μ增加，但是載流子遷移率μ增加的速率明顯小于載流子濃度n下降的速率，因此電阻率有短暫的上升趨勢(shì);11.7GPa-25GPa，通過載流子濃度和載流子遷移率的變化趨勢(shì)可以看出，其改變速率幾乎一致，對(duì)電阻率的作用相互抵消，因此

5、使得電阻率在11.7GPa之后并沒有太明顯的變化，近乎保持不變。
　　InAs的第一性原理計(jì)算結(jié)果顯示:焓與壓力的變化關(guān)系可知，Ⅰ相和Ⅱ相在7.2GPa處有交點(diǎn)，7.2GPa發(fā)生F43m→Fm3m相的轉(zhuǎn)變，Ⅱ相和Ⅲ相在16.0GPa處有交點(diǎn)，16.0GPa發(fā)生Fm3m→Cmcm相的轉(zhuǎn)變。其中一次相變發(fā)生了16.9％的體積塌縮，二次相變則發(fā)生了0.7％的體積塌縮。能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算表明，3.8GPa后樣品導(dǎo)帶穿過費(fèi)米面與價(jià)帶交疊，表明In