高壓下GaP的金屬化相變及電學性質(zhì)研究.pdf

1、本論文利用基于金剛石對頂砧(DAC)高壓原位測量技術(shù)，通過高壓原位交流阻抗譜，高壓原位電阻率和變溫電阻率測量等實驗手段并結(jié)合基于密度泛函理論的第一性原理計算，在35 GPa內(nèi)對Ⅲ-Ⅴ族半導體材料磷化鎵(galliumphoshpide，GaP)的電阻率、晶界與晶粒電阻、弛豫頻率等物理量在高壓的變化規(guī)律進行了研究，解釋了GaP樣品的金屬化相變微觀機制，獲得如下創(chuàng)新結(jié)論:
　　(1)25 GPa壓力內(nèi)對GaP開展了高壓原位交流阻抗譜測

2、量。結(jié)果顯示，加壓過程中，GaP的電阻值持續(xù)下降，5.8 GPa左右GaP晶界電阻消失，晶粒電阻占主導作用。24.5 GPa到25.5 GPa區(qū)間內(nèi)，電阻值劇烈下降4個數(shù)量級，弛豫峰強度同期劇烈下降，表明GaP在壓力的作用下發(fā)生了zb→Cmcm結(jié)構(gòu)相變，10.3 GPa到9.2 GPa卸壓過程中樣品電阻值上升3個數(shù)量級，這是由于Cmcm→zb相的結(jié)構(gòu)相變引起的。
　　(2)在35 GPa壓力內(nèi)開展GaP電阻率精確測量。結(jié)果顯示，2

3、3.5到26.1 GPa電阻率的值急劇下降4個數(shù)量級，可以判定壓力誘導GaP樣品發(fā)生zb→Cmcm結(jié)構(gòu)相變。在相變過程中，由于原子位置重新排列，載流子濃度和遷移率發(fā)生變化，致使導電能力增強，電阻率下降。11.5 GPa到8.5 GPa卸壓過程中，電阻率的值急劇上升4個數(shù)量級與交流阻抗譜測量結(jié)果基本吻合。
　　(3)對GaP樣品金屬化相變進行了判定。高壓變溫電阻率測量結(jié)果顯示，相變發(fā)生前電阻率具有負的溫度系數(shù)表現(xiàn)為半導體特性，在相變

4、完成后，電阻率具有正的溫度系數(shù)，表現(xiàn)為金屬特性，證實壓力誘導GaP樣品發(fā)生zb→Cmcm結(jié)構(gòu)相變?yōu)榈湫偷陌雽w→金屬的轉(zhuǎn)變。阿倫紐斯公式擬合激活能值，85-185 K的溫度區(qū)間內(nèi)激活能相對較低，載流子很容易從低雜質(zhì)能級激發(fā)到價帶底，185 K到常溫區(qū)間內(nèi)激活能較高，載流子主要來源于高雜質(zhì)能級激發(fā)，當壓力趨于25.0GPa時，兩部分激活能差值趨于0，能帶展寬帶隙變窄直至閉合。結(jié)合第一性原理理論計算得出焓值隨壓力的變化關(guān)系，表明GaP樣品在