Zum Halbleiterverhalten des Nickeloxyds

Abstract

AbstractEs werden Ergebnisse von Thermospannungs‐ und Leitfähigkeitsmessungen an undotiertem NiO, an mit 0,05‐1,5 Mol‐% Li2O dotiertem NiO und an mit 0,05‐2 Mol‐% Ga2O3 dotiertem NiO im Temperaturbereich 50‐200°C (Thermospannung) bzw. 50‐600°C (Leitfähigkeit), gemessen in 1 atm Luft, mitgeteilt. Die Ergebnisse können durch die Halbleitertheorie beschrieben werden: Undotiertes NiO als p‐Halbleiter hat Störstellen mit Akzeptorcharakter (Abstand vom Valenzband 0,75 eV). Durch Dotieren mit Li2O werden Störstellen ebenfalls mit Akzeptorcharakter (Abstand vom Valenzband 0,51—0,58 eV) geschaffen. Durch Dotieren mit Ga2O3 entstehen Störstellen mit Donatorcharakter (Abstand vom Leitungsband 1,83 eV), deren Konzentration jedoch um den Faktor 10−4‐10−5 kleiner als die Dotierung ist. NiO mit Ga2O3‐Dotierungien von 0,6 Mol‐% und mehr ist n‐leitend. Sowohl das undotierte als auch das mit Li bzw. Ga dotierte NO hat Störstellenreserve. Das verbotene Band ist 1,95 eV breit.Die Entartungskonzentration der Defektelektronen ist sehr klein (1,7 · 1015 cm−3), was auf ein sehr breites Valenzband schließen läßt. Die Beweglichkeit der Defektelektronen ist groß (Größenordnung 103 cm2/Vs), von der Dotierung unabhängig und fällt schwach mit steigender Temperatur; sie wird auf den Streumechanismus der Defektelektronen an den optischen Gitterschwingungen zurückgeführt. Die Entartungskonzentration der Elektronen ist gleich der Konzentration der Ionenpaare des NiO (5,5 · 1022 cm−3); dies deutet auf ein nicht zu einem Band aufgespaltenes Leitungsniveau hin. Die Beweglichkeit der Elektronen (50 cm2/Vs) ist klein gegenüber der Beweglichkeit der Defektelektronen.Die Defektelektronenkonzentrationen, Elektronenkonzentrationen und Fermipotentiale der Proben werden bei verschiedenen Temperaturen angegeben. Obwohl die Defektelektronenkonzentrationen auch bei höheren Temperaturen relativ klein sind, zeigen Proben selbst mit geringen Li‐Dotierungen schon bei mäßigen Temperaturen Entartung.Ein Teil der Ergebnisse steht mit denen von Morin etwa in Übereinstimmung. Für die Existenz des von Morin angegebenen 3 d8‐Nickel‐Valenzniveaus hoher Entartungskonzentration und sehr kleiner, mit steigender Temperatur zunehmender Defektelektronen‐Beweglichkeit ergeben sich jedoch keinerlei Anhaltspunkte.