Особливості електропровідності та магнітоопору ниткоподібних кристалів кремнію з концентрацією домішки в області переходу метал-діелектрик за низьких температур

Abstract

Проведено дослідження електропровідності та магнітоопору ниткоподібних кристалів кремнію, легованих бором, до концентрації, що відповідає близькості до переходу метал-діелектрик в діапазоні магнітних полів (0 ÷ 14) Тл за температур (4,2 ÷ 77) К. За допомогою великого термодинамічного потенціала Гіббса були обґрунтовані кінетичні тензори узагальнених термодинамічних рівнянь електропровідності. Показано вплив просторового квантування в 2D та 1D кристалах на їх фундаментальні кінетичні властивості. Встановлено, що ниткоподібний кристал є природною радіальною «гетероструктурою» з різним вмістом легуючої домішки в ядрі та оболонці. На основі порівняння теоретично розрахованих та експериментально виміряних польових залежностей магнітоопору виявлено, що вміст домішки в оболонці відповідає металевому боку переходу і становить Na - 5.1019 см – 3, а в ядрі кристала – діелектричному боку переходу Na = 5,4-1017 см – 3.

The electroconductivity and magnetoresistance of the silicon whiskers doped by boron to a concentration corresponding to the proximity to the metal-insulator transition (MIT) were studied in the range of magnetic fields (0 ÷ 14) T at temperatures from 4.2 to 77 K. The kinetic tensors of generalized thermodynamic equations of electrical conductivity were substantiated using a large Gibbs thermodynamic potential. The influence of spatial quantization in the 2D and 1D crystals on their fundamental kinetic properties was shown. The whisker was established to be a natural radial "heterostructure" with different content of dopants in a core and a shell. On the basis of the comparison of the theoretically calculated and experimentally measured magnetic field dependences of the resistance, it was found that the doping content in the shell corresponds to the metal side of the MIT and consist of Na - 5.1019 сm – 3, while in the whisker core corresponds to the insulator side of the transition with Na = 5.4-1017 сm – 3.