Hochreines Germanium – Oberflächenleitung und Trägerlebensdauer

Authors


  • Die vorliegende Arbeit ist eine Zusammenfassung der Dissertation von K. Schuegraft (Stuttgart 1960), der Diplomarbeiten von F. Aurich (Stuttgart 1961) und der von A. Renz (Stuttgart 1962). Ein Teil der Arbeit wurde in kurzer Form vorveröffentlicht [K. Schuegraf u. K. Seiler, Z. Natf. 15a, 368 (1960)].

  • Herrn Professor Dr. E. Fues zum 70. Geburtstage gewidmet

Abstract

Durch geeignete Maßnahmen bei der Hydrolyse von GeCl4 und durch mehrfaches tiegelfreies Zonenreinigen gelang es, Germanium mit einem wirksamen Störstoffgehalt von weniger als 1010 cm−3 herzustellen. Leitfähigkeitsmessungen an diesem Material bei verschiedenen Gasatmosphären und mit geschmirgelter und geätzter Oberfläche zeigen überwiegende Oberflächenleitung im ganzen Temperaturbereich von 250 bis 4°. Die Tatsache, daß bis zu tiefsten Temperaturen keine Volumenleitung erscheint, wird erklärt durch eine Vergiftung des Volumens durch 109 bis 1010 Störatome/cm3 mit tiefliegenden Akzeptoren wie z. B. Ag oder Au.

Orientierende Halleffekt-Messungen zeigen, daß die Oberfläche p-leitend ist und daß die Beweglichkeit bei tiefen Temperaturen 1 bis 2 Größenordnungen kleiner als die Volumbeweglichkeit ist, daß sie oberhalb 90°K jedoch an diese herankommt. Aus dem Temperaturbereich zwischen 200°K und 140°K läßt sich die Dichte der Oberflächenakzeptoren (≈ 2 · 1013 cm−2), ihre energetische Lage (0,17 eV über dem Valenzband), die Konzentration der Volumen-Akzeptoren (199 bis 1910 cm−3) und die Dicke der Anreicherungsrandschicht (0,06 mm bei 200°K) bestimmen. Zur Erklärung des Leitfähigkeitsverlaufs bei tieferen Temperaturen ist mindestens ein weiteres Niveau und unterhalb 50°K bei geschmirgelten Oberflächen zusätzlich Oberflächen-Störbandleitung nötig.

Die Bestimmung der Oberflächenzustandsdichten aus dem oberen Temperaturbereich und ihre Änderung mit zunehmender Oxydation ermöglicht es, den Oxydationsprozeß quantitativ zu verfolgen. Bei höheren elektrischen Feldern treten starke Abweichungen vom Ohmschen Verhalten auf, die diskutiert werden.

Die Messung der Minoritätsträgerlebensdauer zwischen Zimmertemperatur und 90°K liefert einen Temperaturverlauf, der wegen der großen Randschichtdicke vom bisher bekannten abweicht. Er kann durch Annahme einer Quasi-Volumenrekombination in der Oberflächenschicht weitgehend gedeutet werden.

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