Effect of Uniaxial Compression on Excitation Conditions and Parameters of Low-Frequency Auto-Oscillations of Current in Compensated Silicon

Abstract

У компенсованому кремнії, легованому домішками, які створюють глибокі енергетичні рівні в забороненій зоні, виявлено низку цікавих фізичних явищ, що мають як наукове, так і практичне значення. Одним із таких явищ є низькочастотні автоколивання струму, які збуджуються за певних умов. У даній роботі розглядається вплив одноосного пружного стискання на параметри автоколивань струму. Дослідження проводились на зразках кремнію, легованих домішками марганцю, з орієнтацією по кристалографічних напрямках ˂111˃, ˂110˃ та ˂100˃. Встановлено, що характер зміни умов збудження та параметрів автоколивань (амплітуди, частоти) залежить від кристалографічного напряму. Особливу увагу привертає аномальна поведінка порогового електричного поля (Еₜₕ) і параметрів автоколивань у зразках з напрямком ˂100˃. Фізичний механізм зміни параметрів та умов збудження автоколивань пояснюється зміною населеності глибокого енергетичного рівня двічі іонізованими атомами марганцю. Аналіз отриманих результатів, у поєднанні з теоретичними уявленнями, дозволяє пояснити вплив одноосного стискання на поведінку автоколивань струму в таких структурах.

In compensated silicon doped with impurity atoms creating deep energy levels in the band gap of the material, a number of interesting physical phenomena have been found that are not only of scientific interest but also have great practical significance. One of them is low-frequency auto-oscillations of current, which are excited in certain conditions In this paper we consider the influence of the uniaxial elastic com-pression on the parameters of current auto-oscillations. The research was carried out in silicon samples doped with impurity manganese atoms with crystallographic directions 111, 110 and 100. It has been found that the character of change of excitation conditions and parameters of auto-oscillations depend on the crystalline directions. Unusual change in the threshold electric field strength (Еth) and parameters (amplitude, frequency) of current auto-oscillations in compensated silicon samples with crystallographic direction 100. The physical mechanism of parameter changes and the conditions of excitation of current auto-oscillations are explained with the change in the population of the deep energy level by doubly ionized manganese atoms. From the analysis of the obtained results and according to theoretical concepts, the physical mechanism of the change of parameters and conditions of excitation of current auto-oscillations under the influence of uniaxial elastic compression is explained.