Configuration électronique et état de charge des ions Cu, Ag et Au électriquement actifs dans le ZnSe

L’effet Hall, la conductivité électrique et la mobilité électronique sont étudiés à des températures comprises entre 55 et 500 K dans des cristaux de n-ZnSe dopés avec Cu, Ag ou Au. La présence d’une petite quantité d’atomes de Cu conduit à une inversion du signe du coefficient de Hall à des températures supérieures à 300 K. Une dépendance à la température anormale de la mobilité électronique est observée dans les échantillons à faible concentration de Cu (<0,3 at.% dans la masse fondue). Des caractères différents de la dépendance en température des coefficients cinétiques sont trouvés pour le n-ZnSe dopé avec Ag et Au. Ces courbes sont typiques des cristaux ayant plusieurs niveaux de donneurs à différentes profondeurs énergétiques. Immédiatement après le dopage, l’argent se comporte comme une impureté accepteur compensatrice habituelle, tandis que l’or présente des propriétés amphotères. Nous proposons un modèle qui explique les anomalies des dépendances à la température des coefficients cinétiques dans les cristaux dopés au cuivre et l’absence d’anomalies dans les cristaux dopés à l’argent et à l’or. Conformément à ce modèle et à nos données expérimentales, le cuivre dans le n-ZnSe présente deux états de charge, CuZn+ (d10) et CuZn2+ (d9), et deux niveaux d’accepteur près de la bande de valence. L’argent et l’or existent dans des états de charge uniquesAgZn+ et AuZn+ avec une configuration électronique d10 formant des niveaux d’énergie uniques près de la bande de valence. Les atomes d’or forment principalement des donneurs interstitielsAui à faible concentration de dopage et des accepteurs substitutifsAuZn et AuZn à forte concentration de dopage. La stimulation temporelle des propriétés amphotères de l’Ag est discutée.

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