高壓下InAs的電學性質研究.pdf

1、砷化銦(Indium arsenide，InAs)是Ⅲ-Ⅴ族半導體材料中的優秀代表，具有超強的電子遷移率和電子遷移速度，主要在國防通信領域具有較強的應用。本論文利用薄膜制備與刻蝕技術，在金剛石對頂砧(diamond anvil cell，DAC)上集成薄膜微型電路，通過原位高壓電阻率和霍爾效應測量方法，在25.0GPa的壓力范圍內對砷化銦的高壓電學性質進行了研究，給出了InAs樣品在高壓下的電阻率、霍爾系數等電學參數隨壓力變化規律，并結

2、合第一性原理計算方法，研究了InAs樣品的結構相變和金屬化現象微觀機制。
　　InAs的電阻率測量結果顯示:加壓過程中，樣品電阻率分別在五處發生不連續變化，其中7.2GPa和16.0GPa處的電阻率突變與先前報道結構相變壓力點一致，而3.8GPa、10.3GPa和11.7GPa的電阻率不連續變化則為首次發現，有關18.0GPa處存在第三次相變的報道在此次實驗18.0GPa處并沒出現電阻率突變現象。
　　InAs的變溫電阻率測

3、量結果顯示:當實驗壓力達到3.8GPa前后，樣品電阻率隨著溫度的升高分別呈現下降和上升趨勢，表明樣品在3.8GPa前保持半導體屬性，而在3.8GPa后則具有金屬性質，樣品出現壓致金屬化現象。
　　InAs的霍爾效應測量結果顯示:0GPa-7.2GPa壓力范圍載流子濃度n不斷增大導致樣品電阻率的不斷減小;7.2GPa-10.3GPa壓力范圍，載流子遷移率μ持續增加成為影響樣品電阻率繼續下降的主要因素;10.3GPa時霍爾系數RH由負

4、變正，樣品由N型半導體轉變為了P型半導體，電荷輸運由電子導電轉變為空穴導電;10.3GPa-11.7GPa，最終導致電阻率的下降;10.3GPa-12.5GPa壓力范圍，壓力使帶隙展寬，引起載流子濃度n下降和載流子遷移率μ增加，但是載流子遷移率μ增加的速率明顯小于載流子濃度n下降的速率，因此電阻率有短暫的上升趨勢;11.7GPa-25GPa，通過載流子濃度和載流子遷移率的變化趨勢可以看出，其改變速率幾乎一致，對電阻率的作用相互抵消，因此

5、使得電阻率在11.7GPa之后并沒有太明顯的變化，近乎保持不變。
　　InAs的第一性原理計算結果顯示:焓與壓力的變化關系可知，Ⅰ相和Ⅱ相在7.2GPa處有交點，7.2GPa發生F43m→Fm3m相的轉變，Ⅱ相和Ⅲ相在16.0GPa處有交點，16.0GPa發生Fm3m→Cmcm相的轉變。其中一次相變發生了16.9％的體積塌縮，二次相變則發生了0.7％的體積塌縮。能帶結構計算表明，3.8GPa后樣品導帶穿過費米面與價帶交疊，表明In