Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 24, Numéro 6, juin 1989
Page(s) 619 - 626
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:01989002406061900
Rev. Phys. Appl. (Paris) 24, 619-626 (1989)
DOI: 10.1051/rphysap:01989002406061900

Propriétés semiconductrices de ZnSiAs2 monocristallin

A. Conan1, A. Bonnet1, A. Khelil2, M. Morsli2, J.C. Bernede2 et R. Messoussi2

1  Laboratoire de Physique Cristalline, UA 802, 2 rue de la Houssinière, 44072 Nantes Cedex 03, France
2  Laboratoire de Physique des Matériaux et Composants pour l'Electronique, UFR Sciences, 2 rue de la Houssinière, 44072 Nantes Cedex 03, France


Abstract
The structure of ZnSiAs2 single crystals was studied by X-rays, while chemical shift of binding energies and composition were determined by electron spectroscopy (XPS) and microprobe analysis. Electrical measurements, conductivity and thermoelectric power have been performed in the temperature range 195-550 K. The Hall coefficient is given between 180 and 400 K. Experimental results are interpreted with the help of a p type compensated semiconductor. The fitting of the experimental results shows that two main processes contribute to the total conductivity : hopping in the broadened acceptor level and hole scattering by lattice modes and ionized impurities in the valence band. The acceptor and donor levels may be related to vacancies in the single crystal.


Résumé
Après contrôle de la structure cristalline, de la composition ainsi que de l'état des liaisons de chaque échantillon par diffraction X, microsonde électronique et spectroscopie d'électrons (ESCA (1)) les propriétés électriques du ZnSiAs2 ont été étudiées par mesure de résistivité et de pouvoir thermoélectrique (PTE) entre 195 et 550 K. Ces mesures ont été complétées par celles du coefficient de Hall entre 180 et 400 K. Le modèle le plus simple permettant de rendre compte des courbes expérimentales est celui d'un semiconducteur compensé de caractère p. Le niveau accepteur légèrement élargi est le siège de mécanismes de conduction par sauts. L'ajustement des courbes à partir de ce modèle montre que trois mécanismes de diffusion gouvernent essentiellement les propriétés électriques du matériau : interactions trous-modes acoustiques du réseau et trous-impuretés ionisées dans la bande de valence et conduction par sauts thermiquement activés dans le niveau accepteur. L'origine des niveaux donneur et accepteur est vraisemblablement liée au léger écart à la stoechiométrie mis en évidence par microanalyse et spectroscopie d'électrons.

PACS
7220F - Low field transport and mobility: piezoresistance semiconductors/insulators.
7220M - Galvanomagnetic and other magnetotransport effects semiconductors/insulators.
7220P - Thermoelectric effects semiconductors/insulators.
7960E - Photoelectron spectra of semiconductors and insulators.
8280 - Chemical analysis and related physical methods of analysis.
6170B - Interstitials and vacancies.
7280G - Electrical conductivity of transition metal compounds.
2520M - Other semiconductor materials.

Key words
chemical shift -- electrical conductivity of crystalline semiconductors and insulators -- electron probe analysis -- Hall effect -- hopping conduction -- ternary semiconductors -- thermoelectric effects in semiconductors and insulators -- vacancies crystal -- X ray diffraction examination of materials -- X ray photoelectron spectra -- zinc compounds -- X ray diffraction -- binding energies -- electron spectroscopy -- XPS -- microprobe analysis -- conductivity -- thermoelectric power -- Hall coefficient -- p type compensated semiconductor -- hopping -- acceptor level -- hole scattering -- lattice modes -- ionized impurities -- valence band -- donor levels -- vacancies -- 195 to 550 K -- 180 to 400 K -- single crystal ZnSiAs sub 2 structure