高壓下GaP的金屬化相變及電學性質研究.pdf

1、本論文利用基于金剛石對頂砧(DAC)高壓原位測量技術，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結構相變，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相的結構相變引起的。
　　(2)在35 GPa壓力內(nèi)開展GaP電阻率精確測量。結果顯示，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結構相變。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結構相變?yōu)榈湫偷陌雽w→金屬的轉變。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。結合第一性原理理論計算得出焓值隨壓力的變化關系，表明GaP樣品在