Please use this identifier to cite or link to this item: http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/72841
Or use following links to share this resource in social networks: Recommend this item
Title Spin-orbit Splitting of Valence Band in Silicon Whiskers under Strain
Other Titles Спін-орбітальне розщеплення валентної зони в кремнієвих ниткоподібних кристалах під дією деформації
Authors Druzhinin, A.
Ostrovskii, I.
Khoverko, Yu.
Liakh-Kaguy, N.
ORCID
Keywords ниткоподібні кристали Si
магнітопровідність
спін-орбітальне розщеплення
деформація
Si whiskers
magnetoconductance
spin-orbit splitting
strain
Type Article
Date of Issue 2019
URI http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/72841
Publisher Sumy State University
License
Citation Spin-orbit Splitting of Valence Band in Silicon Whiskers under Strain [Текст] / A. Druzhinin, I. Ostrovskii, Yu. Khoverko, N. Liakh-Kaguy // Журнал нано- та електронної фізики. - 2019. - Т. 11, № 2. - 02019. - DOI: 10.21272/jnep.11(2).02019
Abstract Магнітопровідність ниткоподібних кристалів Si з концентрацією легуючої домішки 2 x 1018 см – 3 досліджували в інтервалі магнітних полів 0-14 Тл при кріогенних температурах за деформації стиску до – 2 x 10 – 3 відн. од. Легування кристалів бором здійснювали у процесі росту методом хімічного парофазного осадження і концентрація носіїв заряду, згідно холлівських вимірювань, становила порядку 2 x 1018 см – 3. Одновісну деформацію ниткоподібних кристалів здійснювали шляхом їх закріплення на підкладках з використанням термічної деформації за рахунок різниці коефіцієнтів термічного розширення кристала і матеріалу підкладки. Досліджено поздовжній магнітоопір для недеформованих і деформованих зразків Si в інтервалі температур 4.2 ÷ 70 К. Недеформовані зразки мають квадратичну залежність магнітоопору від індукції магнітного поля. Деформація приводить до появи великого від’ємного магнітоопору з максимальною величиною до 15 %. Обговорюються можливі причини цього ефекту. Найбільш вірогідною причиною виникнення від’ємного магнітоопору є слабка локалізація носіїв заряду. Згідно з розрахунками у моделі слабкої локалізації носіїв заряду показано, що довжина когерентності Lφ і довжина спін-орбітальної взаємодії Lso пропорційна T– 0.53 і T – 0.45, відповідно, що відповідає теоретичним даним T– 1/2 для двовимірної системи. Це свідчить про те, що основний внесок у провідність ниткоподібних кристалів Si вносить транспорт носіїв заряду у приповерхневих шарах кристалів. Досліджено вплив деформації на спін-орбітальне розщеплення та спектр валентної зони ниткоподібних кристалів. В результаті розрахунків згідно k-p-методу виявлено значне розщеплення гілок легких і важких дірок під дією деформації стиску. Отримано енергію спін-орбітального розщеплення підзони важких дірок ∆SO, яка становить 1.8 меВ.
Silicon whiskers with doping concentration of 2 × 1018 cm– 3 were chosen to investigate magnetoconductance in the range of 0-14 T at cryogenic temperatures under compressive strain up to – 2 × 10– 3 rel. un. The whiskers were doped with boron during the growth process by chemical vapor deposition method, and the concentration of charge carriers, according to Hall studies, was about 2 × 1018 cm– 3. The uniaxial strain of whiskers was carried out by fixing them to the substrates using thermal strain due to the difference between the coefficients of thermal expansion of the crystal and the substrate material. Longitudinal magnetoresistance for unstrained and strained Si whiskers was studied in the temperature range of 4.2 ÷ 70 K. The unstrained whiskers have a quadratic dependence of the magnetoresistance on the magnetic field induction. The strain leads to the appearance of negative magnetoresistance with sufficiently large magnitude (up to 15 %). The possible reasons of the effect were discussed. The most probable reason of negative magnetoresistance appearance is weak localization (WL) of the charge carriers. According to calculations within the WL model, the coherence length Lφ and spin-orbit length Lso are proportional to T− 0.53 and T− 0.45, respectively. The latter one is closed to T− 1/2 expected from the theoretical data for a twodimensional system. This fact is the evidence of the conclusion that conductance in Si whiskers mostly occurs in the subsurface layers of crystals. Strain influence on spin-orbit splitting and the valence band spectrum was studied. As a result, the splitting of light and heavy hole branches was found under compressive strain according to the k-p-method. The spin splitting energy for sub-band of heavy holes ∆SO was found to be 1.8 meV.
Appears in Collections: Журнал нано- та електронної фізики (Journal of nano- and electronic physics)

Views

Canada Canada
1
France France
3021
Germany Germany
113726
Ireland Ireland
576221
Lithuania Lithuania
1
South Korea South Korea
1
Sweden Sweden
1
Ukraine Ukraine
9607226
United Kingdom United Kingdom
4804368
United States United States
34289229
Unknown Country Unknown Country
34
Vietnam Vietnam
3023

Downloads

Finland Finland
1
Lithuania Lithuania
1
Ukraine Ukraine
19181605
United Kingdom United Kingdom
1
United States United States
34289229
Unknown Country Unknown Country
9
Vietnam Vietnam
1

Files

File Size Format Downloads
Druzhinin_jnep_2_2019.pdf 515,05 kB Adobe PDF 53470847

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.