Effect of p donors on thermal phonon scattering in SI

Experimental results are presented for the thermal conductivity of P-doped Si over the concentration range 2.5 x 10^14 to 1.1 × 10^18 cm-3 in the temperature region 1.5-50 K. In the low concentration range, phonon scattering by isolated P donors is very weak in contrast with that by Group-V donors in Ge and Li donor in Si. This is due to the large valley orbit splitting of the P donor ground state. For samples with donor concentrations higher than 4.7 x 10^17 cm-3, thermal résistance becomes larger than that predicted by a simple theory on the basis of phonon scattering by a single donor center. In this concentration range, thermal conductivity has the temperature dependence Tn (n ≃ 2) at low temperatures ( T ≲ 10 K).Les résultats de mesure, entre 1,5 et 50 K, de la conductivité thermique du silicium dopé au phosphore sont présentés pour des concentrations en dopant variant entre 2,5 x 10^14 et 1,1 x 10^18 cm-3. Pour les faibles concentrations n ≲ 4 x 10^17 la conductivité thermique K(T) aux basses températures est analysée sur la base d'une diffusion additionnelle des phonons par des impuretés isolées. Cette diffusion électron-phonon est très faible en comparaison avec celle qui est due aux impuretés du Groupe V dans le germanium et du lithium dans le silicium. Ceci est dû à la valeur élevée de l'intervalle orbite-vallée de l'état fondamental du P dans le Si. Pour les échantillons dont la concentration en impuretés est supérieure à 4 x 10^17 cm-3, la résistance thermique devient plus importante que celle prévue par le modèle simple ci-dessus. Dans cette gamme de concentration, la conductivité thermique a une dépendance en température Tn (n≃2) pour T≲10 K