Variable-range hopping conductivity in Ge/GaAs thermometers at low temperatures: A summary of results
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0046530Ключові слова:
Ge/GaAs-based thermometers, resistance, jump conduction with variable jump length, potential fluctuationsАнотація
Показано, що гетероструктура Ge/GaAs зручна для дослідження провідності зі змінною довжиною стрибка у напівпровідниках. Це пов’язано з можливістю змінювати її електропровідність у широкому діапазоні. Електропровідність такої гетероструктури істотно залежить від процесу виготовлення. На основі цієї гетероструктури ми розробили кріогенні термометри опору. Ці термометри можуть працювати в діапазонах температур 0,03‒300 K, 1,5‒300 K та 4‒400 K. Ми виготовили, відкалібрували та протестували 90 термометрів різних моделей. При низьких температурах провідність зі змінною довжиною стрибка для плівкових Ge-термометрів має показник степеня x, який дорівнює 0,25. Це відповідає тому, що густина станів на рівні Фермі не дорівнює нулю. Існують термометри, для яких показник степеня x для провідності зі змінною довжиною стрибка дорівнює 0,5, 0,45 та 0,6. Це спостерігається за наявності кулонівської щілини у густині станів, що зумовлено кулонівською взаємодією. Різниця у значеннях x, очевидно, зумовлена різною формою густини станів домішкової зони напівпровідника. Наведено параметри різних термометрів у режимі стрибкової провідності.
Посилання
1. N. F. Mοtt, “Conduction in non-crystalline materials,” Phil. Mag. 19, 835 (1969). https://doi.org/10.1080/14786436908216338
2. N. F. Mott, and E. A. Davis, Electronic Processes in Non-Crystalline Materials (Clarendon, Oxford, 1979).
3. V. Ambegaokar, B. I. Halperin, and J. S. Langer, “Hopping conductivity in disordered systems,” Phys. Rev. B 4, 2612 (1971). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.4.2612
4. A. L. Efros and B. I. Shklovskii, “Coulomb gap and low-temperature conductivity of disordered systems,” J. Phys. C 8, L49 (1975). https://doi.org/10.1088/0022-3719/8/4/003
5. B. I. Shklovskii, “Hopping conduction of heavily doped semiconductors,” Sov. Phys. - Semicond. 7, 77 (1973).
6. B. I. Shklovskii and A. L. Efros, Electronic Properties of Doped Semiconductors, Springer Series in Solid-State Science Vol. 45 (Springer Verlag, Berlin, 1984), p. 387.https://doi.org/10.1007/978-3-662-02403-4
7. Y. Huang, B. Skinner, and B. I. Shklovskii, “Conductivity of two-dimensional small gap semiconductors and topological insulators in strong Coulomb disorder,” J. Exp. Theor. Phys. 135, 409 (2022). https://doi.org/10.1134/S1063776122100065
8. Y. Huang, Y. He, B. Skinner, and B. I. Shklovskii, “Conductivity of two-dimensional narrow gap semiconductors subjected to strong Coulomb disorder,” Phys. Rev. B 105, 054206 (2022). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.054206
9. B. I. Shklovskii, “Variable range hopping in thin film with large dielectric constant,” Low Temp. Phys. 43, 699 (2017) [Fiz. Nizk. Temp. 43, 879 (2017)]. https://doi.org/10.1063/1.4985976
10. V. F. Mitin, and V. V. Kholevchuk, “Variable-range hopping conduction and magnetoresistance in Ge-on-GaAs films at low temperatures and high magnetic fields,” Low Temp. Phys. 51, 368 (2025) [Fiz. Nyzk. Temp. 51, 406 (2025)]. https://doi.org/10.1063/10.0035842
11. V. F. Mitin and V. V. Kholevchuk, “Miniature resistance thermometers based on Ge/GaAs films for use in the 1.5 to 300 K, 70 to 400 K, and 200 to 500 K temperature ranges,” Low Temp. Phys. 51, 1293 (2025) [Fiz. Nyzk. Temp. 51, 1429 (2025)]. https://doi.org/10.1063/10.0039431
12. V. F. Mitin, “Miniature resistance thermometers based on Ge films on GaAs,” in Adv. Cryogen. Eng., edited by P. Kittel (Plenum Press, New York, 1998), Vol. 43, p. 749.https://doi.org/10.1007/978-1-4757-9047-4_93
13. V. F Mitin, Yu. A Tkhorik, and E. F. Venger, “Ge films on GaAs: Low-temperature electrical properties and application to cryogenic resistance temperature sensors,” Czechoslovak J. Phys. 46, 2855 (1996). https://doi.org/10.1007/BF02570414
