Elektronenkonfiguration und Ladungszustand von elektrisch aktiven Cu-, Ag- und Au-Ionen in ZnSe

Der Hall-Effekt, die elektrische Leitfähigkeit und die Elektronenbeweglichkeit werden bei Temperaturen zwischen 55 und 500 K in n-ZnSe-Kristallen untersucht, die mit Cu, Ag oder Au dotiert sind. Das Vorhandensein einer geringen Menge an Cu-Atomen führt zu einer Umkehrung des Vorzeichens des Hall-Koeffizienten bei Temperaturen über 300 K. Eine anomale Temperaturabhängigkeit der Elektronenbeweglichkeit wird in den Proben mit geringer Cu-Konzentration (<0,3 at.% in der Schmelze) beobachtet. Für n-ZnSe, das mit Ag und Au dotiert ist, werden unterschiedliche Charaktere der Temperaturabhängigkeit der kinetischen Koeffizienten festgestellt. Diese Kurven sind typisch für Kristalle mit mehreren Donatorniveaus in unterschiedlichen energetischen Tiefen. Unmittelbar nach der Dotierung verhält sich Silber wie eine übliche kompensierende Akzeptorverunreinigung, während Goldamphotere Eigenschaften zeigt. Wir schlagen ein Modell vor, das die Anomalien der Temperaturabhängigkeit der kinetischen Koeffizienten in Cu-dotierten Kristallen und das Fehlen der Anomalien in Ag- und Au-dotierten Kristallen erklärt. In Übereinstimmung mit diesem Modell und unseren experimentellen Daten hat Kupfer in n-ZnSe zwei Ladungszustände, CuZn+ (d10) und CuZn2+ (d9), und zwei Akzeptorniveaus in der Nähe des Valenzbandes. Silber und Gold existieren in einfach geladenen ZuständenAgZn+ und AuZn+ mit d10-Elektronenkonfiguration und bilden einzelne Energieniveaus in der Nähe des Valenzbandes. Au-Atome bilden hauptsächlich interstitielleAui-Donatoren bei niedrigen Dotierungskonzentrationen und substitutionelleAuZn- und AuZn-basierte Akzeptoren bei hohen Dotierungskonzentrationen. Die zeitliche Stimulation der amphoteren Eigenschaften von Ag wird diskutiert.

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