Electrical properties of gold-doped silicon

Abstract

The temperature dependence of the Hall coefficient and specific resistivity was measured for gold-doped n-type and p-type silicon. The carrier concentration derived from the value of the Hall coefficient was quantitatively compared with a calculated dependence. If the ratio of the gold concentration to the concentration of the shallow impurities equals N Au/N = 1, then the charge carrier concentration is influenced very strongly by inhomogeneities of the gold distribution. With doping ratios, N Au/N, between 1.5 and 5 in p-type silicon, it is possible to fit the model to the measured dependence with a degeneracy factor gD = 1/16 of the gold donor level. In the case that N Au/N > 10, another additional shallow acceptor level, with an activation energy of 0.033 eV above the valence band edge, influences the electrical properties of gold-doped silicon. After diffusion processes at a temperature of 1200°C, the concentration of this type of impurity is smaller by about one order of magnitude than the gold solubility. Es wurde die Temperaturabhängigkeit der Hallkonstante und des spezifischen Widerstandes am golddotierten n- und p-Silizium gemessen. Die aus der Hallkonstante bestimmte Ladungsträgerkonzentration wurde quantitativ mit einer berechneten Abhängigkeit verglichen. Ist das Verhältnis der Goldkonzentration zur Konzentration der flachen Störstellen N Au/N = 1, wird die Ladungsträgerkonzentration sehr stark von Inhomogenitäten der Goldverteilung beeinflußt. Bei Golddotierungen N Au/N ≈ 1,5 bis 5 gelingt im p-Silizium eine Anpassung des Modells an die Meßkurven mit einem Entartungsfaktor gD = 1/16 des Golddonatorniveaus. Im Fall N Au/N > 10 beeinflußt ein zusätzliches flaches Akzeptorniveau mit einer Anregungsenergie von 0,033 eV über dem Valenzband die elektrischen Eigenschaften golddotierten Siliziums. Die Konzentration dieser Störstelle liegt nach Diffusion bei 1200°C etwa eine Größenordnung unter der Goldlöslichkeit.