Amorphous Ge alloy films. II. Transport properties

Abstract

The electrical resistivity, its frequency and temperature dependence, and the thermoelectric power (TEP) and its temperature dependence are studied in amorphous films of Ge co-deposited with different concentrations of Cu, Fe, and Al. The electrical resistivity of GeAl films decreases gradually with increasing Al content. In contrast, the electrical resistivity of GeCu and GeFe films decreases rapidly with increasing concentration of the alloying element. The temperature dependence of the electrical resistivity of GeAl films indicates that, with increasing concentration of Al in Ge, the hopping conduction is appreciably reduced. For Al concentrations >5 at%, the electrical resistivity shows an exponential temperature dependence. In the case of GeCu and GeFe films, the activation energy of conduction decreases at all temperatures. For metal concentrations less than a few at% in Ge, the electrical resistivity decreases with increasing frequency. For higher concentrations, a frequency independent electrical resistivity is observed. GeAl films exhibit large positive TEP at all compositions. For large (>10 at%) concentrations, the TEP of GeAl films shows an exponential temperature dependence. In contrast to the behaviour of GeAl films, the TEP of GeCu and GeFe films shows small (≈︁ several μV/K) values for concentrations greater than a few at%. At concentrations >5 at% the weak temperature dependence of the electrical resistivity and the metallic-like TEP behaviour indicate the formation of an impurity band. Die elektrische Leitfähigkeit, ihre Frequenz- und Temperaturabhängigkeit, und die Thermospannung (TEP) und ihre Temperaturabhängigkeit wurden an amorphen Ge-Schichten, die zusammen mit unterschiedlichen Konzentrationen von Cu, Fe und Al abgeschieden wurden, untersucht. Die elektrische Leitfähigkeit von GeAl-Schichten nimmt mit wachsendem Al-Gehalt allmählich zu. Im Gegensatz dazu nimmt der elektrische Widerstand von GeCu- und GeFe-Schichten mit wachsender Konzentration des Legierungselements schnell ab. Die Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von GeAl-Schichten zeigt, daß mit steigender Konzentration von Al in Ge die Hoppingleitfähigkeit beträchtlich reduziert wird. Für Al-Konzentrationen >5 At% zeigt der elektrische Widerstand eine exponentielle Temperaturabhängigkeit. Im Fall von GeCu- und GeFe-Schichten nimmt die Aktivierungsenergie der Leitfähigkeit bei allen Temperaturen ab. Für Metallkonzentrationen kleiner als einige At% in Ge nimmt der elektrische Widerstand mit steigender Frequenz ab. Für höhere Konzentrationen wird ein frequenzunabhängiger elektrischer Widerstand beobachtet. GeAl-Schichten zeigen große positive TEP bei allen Zusammensetzungen. Für große (>10 At%) Konzentrationen zeigt die TEP von GeAl-Schichten eine exponentielle Temperaturabhängigkeit. Im Gegensatz zum Verhalten der GeAl-Schichten nimmt die TEP von GeCu- und GeFe-Schichten kleine Werte (≈︁ einige μV/K) bei Konzentrationen größer als einige At% an. Bei Konzentrationen >5 At% weist die schwache Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands und das metallähnliche TEP-Verhalten auf die Bildung eines Störleitungsbandes hin.