Thermoemf of Ge1-XSiX single crystals under hydrostatic pressure

Abstract

Енергетична структура зони провідності Ge та Si добре відома [1], і за атмосферного тиску в чистому Ge електронами заповнені чотири найнижчі L1-долини зони провідності германію. У чистому Si за тих самих умов заповнені Δ1-долини кремнію. За сильного пружного тиску необхідно враховувати Δ1-долини Ge. З цієї причини енергетична структура деформованого монокристала сплаву Ge1-xSix має містити чотири L1- і шість Δ1-долин германію та шість Δ1-долин кремнію. За достатньо високого тиску практично всі електрони локалізуватимуться в обох типах Δ1-долин. За цих умов Δ1-долини стають доступними для безпосередніх експериментальних вимірювань [2, 3], а отже, теоретичний розгляд явищ переносу не є суто штучним. У цьому повідомленні зроблено спробу проаналізувати термоЕРС за високого гідростатичного тиску. Для розрахунку дифузійної термоЕРС використано теорію анізотропного розсіювання. Розглянуто внутрішньозонне розсіювання електронів на акустичних фононах і домішкових іонах, міждолинне нееквівалентне розсіювання електронів між L1- і Δ1-долинами, а також міждолинне еквівалентне f- і g-розсіювання між Δ1-долинами [4–7]. Розглянуто окремі випадки недеформованих кристалів і сильно деформованих кристалів, а також випадок перетину зон L1- і Δ1-долин.The energetic structure of the conduction band of Ge and Si are well known [1} and at the atmospheric pressure the four lowest L1 germanium conduction band valleys are occupied by electron in pure Ge. In pure Si at the same conditions are occupied 1 silicium valleys. Under strong elastic pressure the 1 valleys of Ge must be involved in consideration. For this reason energy structure of strained Ge1-xSix alloy single crystal must involve four L1 and six 1-germanium valleys and six 1- silicium valleys. Under sufficiently high pressure practically all electrons will be localized in both type of 1-valleys. Under these condition the 1-valleys becomes accessible for direct experimental measurement [2,3] e, consequently, theoretical considerations of transport phenomena is no purely artificial. In this communication we try to analyze the thermoemf under high hydrostatic pressure. The theory of anisotropic scattering has been used to calculate diffusion thermoemf. The intraband scattering of electrons by acoustic phonons and impurity ions and interband non-equivalent electron scattering between L1- and 1 – valleys as well as interband equivalent f– and g - scattering between 1- valleys have been considered [4-7]. Particular cases strainless crystals and strongly strained crystals are considered as well as the case of band crossover of L1- and 1 – valleys.