Numéro
J. Phys. France
Volume 50, Numéro 3, février 1989
Page(s) 283 - 294
DOI https://doi.org/10.1051/jphys:01989005003028300
J. Phys. France 50, 283-294 (1989)
DOI: 10.1051/jphys:01989005003028300

Energetic and spatial distribution of grain boundary states in insb-bicrystals

G. Gobsch1, Th. Schurig2, W. Kraak2, R. Herrmann2 et G. Paasch3

1  Technische Hochschule Ilmenau, Wissenschaftsbereich Physik, DDR-6300 Ilmenau, PSF 327, G.D.R.
2  Humboldt-Universität zu Berlin, Sektion Physik, DDR-1040 Berlin, Invalidenstr. 110, G.D.R.
3  Akademie der Wissenschaften der DDR, Zentralinstitut für Festkörperphysik und Werkstofforschung, DDR-8027 Dresden, G.D.R.


Abstract
The spatial and energetic distribution of grain boundary interface states in p-doped InSb-bicrystals with an n-inversion layer adjacent to the grain boundary is determined by fitting the calculated two-dimensional subband structure of the inversion layer to the experimentally obtained data. The total density of inversion electrons ns and the subband occupation nsi are established by magnetotransport measurements. A rapid decrease of ns is observed when hydrostatic pressure is applied. By analysing the pressure dependence of ns an energetic density of grain boundary states of 1.5 x 10^13 cm -2 eV-1 was evaluated for the energy range from the conduction band edge up to 90 meV above it. Calculations performed within a numerically simple model indicate the existence of two types of ionized grain boundary states : positively charged donorlike ones localized in the grain boundary core with a density of 4.22 x 10^12 cm-2 and negatively charged ones spatially more extended with 2.27 x 10^12 cm-2 . Some possible reasons for these interface states are discussed.


Résumé
Nous étudions les états liés aux joints de grain dans les bicristaux de InSb de type p où les couches d'inversion adjacentes aux joints de grain contiennent un gaz d'électrons à deux dimensions. La distribution énergétique et spatiale de ces états est obtenue en ajustant la structure des sous-bandes à deux dimensions aux résultats expérimentaux. La densité totale n s de la couche d'inversion et celle de la sous-bande n = 1 sont obtenues à partir de mesures de magnéto-transport. ns décroît rapidement quand on applique une pression hydrostatique. En analysant cette variation on évalue la densité des joints de grains à 1,5 × 10^13 cm -2 eV-1 dans une gamme d'énergie comprise entre le bas de la bande de conduction et 90 meV au-dessus de celle-ci. Des calculs numériques réalisés à partir d'un modèle théorique relativement simple indiquent l'existence de deux types d'états ionisés liés aux joints. Des états chargés positivement de caractère donneur sont localisés au centre du joint avec une densité de 4,22 × 10^12 cm-2 ; des états chargés négativement ont une plus grande extension spatiale avec une densité de 2,27 x 10^12 cm-2. On discute l'origine possible de ces états.

PACS
7320 - Electron states at surfaces and interfaces.
6172M - Grain and twin boundaries.
6835 - Solid surfaces and solid-solid interfaces: Structure and energetics.

Key words
bicrystals -- grain boundaries -- high pressure effects in solids -- III V semiconductors -- indium antimonide -- interface electron states -- inversion layers -- magnetoresistance