WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Этого добивались последовательной диффузией сначала хрома, а потом железа в одну и ту же пластину n-GaAs при разных условиях. Распределения примесей Fe и Cr в структуре представлены на рисунке 5. Положения Fe-Cr- и Cr-Cr- переходов задаются точками пересечения профиля железа и суммарного профиля Fe и Cr с профилем исходного мелкого донора соответственно. При этом в равновесии между Fe- и Cr-областями имеет место барьер с энергией около 0.2 эВ, а в области электронно-дырочного перехода – барьер с энергией около 0.75 эВ. Из данных структур были изготовлены лавинные S-диоды, измерены их статические и динамические ВАХ.

В результате исследования выяснилось, что прямая ветвь ВАХ диодов на основе Fe-Cr-Cr-n-структуры (рис. 6 а), так же как и для диодов из GaAs:Cr, описывается в рамках теории Стафеева, обратная же ВАХ существенно отличается.

На рисунке 6 б представлены типичные обратные ВАХ структур Fe-Cr-Cr-nтипа при различных температурах до переключения. Всего наблюдается основных участка на статической ВАХ. Первый, линейный, имеет место до U 0.02 В. Второй участок, слабого роста тока с напряжением, наблюдается для m напряжений 0.02 В < U < 30 В: I ~ U, где m < 1/5. Зависимость тока при фиксированном напряжении от температуры на втором участке хорошо спрямляется в координатах ln(I) от 1/T с энергией активации E 0,84 эВ. На третьем участке I ~ exp( U1/ 4), где зависит от температуры обратно пропорционально. На четвертом участке I ~ exp( U ), где также является функцией от Т. Четвертый участок завершается переключением с субнаносекундным быстродействием при напряжениях 250 – 450 В. После переключения следует участок резкого роста тока, близкий к NCr+NFe вертикальному.

2,4xАнализ обратной ВАХ показал, что в протекании 1,6x1017 NFe Fe Cr Cr Cr обратного тока Fe-Cr-Cr-n структур основную роль играют NCr процессы, развивающиеся в ООЗ и 8,0xприлегающей к ней Cr-области.

NSn На втором участке имеет место 0 20 40 генерационная составляющая тока, x, мкм которая на третьем участке усиливается термополевой иониза- Рис. 5. Профили распределения примесей Fe и Cr для структур Fe-Cr-Cr-n-типа: ТCr = цией (за счет эффекта Пула970oC, tCr = 2 ч, ТFe = 1000oC, tFe = 7 мин Френкеля). Четвертый участок -N, см 10-3 a) - 1 б) 10-7 - - 10- - - 10-10-- 10-- 10-- 10-- - 10-1 2 3 10-3 10-2 10-1 100 101 U, B U, B Рис. 6. Прямые (а) и обратные (б) ветви ВАХ для Fe-Cr-Cr-n -структур, полученных диффузией хрома и железа в GaAs: 1 – Т = 266 К, 2 – Т = К, 3 – Т = 297 К, 4 – Т = 318 К, 5 – Т = 345 К соответствует микроплазменному пробою, который при максимальных подаваемых напряжениях инициирует перезарядку глубоких центров хрома в ООЗ, что приводит к быстрому переключению структуры в открытое состояние.

Также исследования показали, что напряжение переключения структур FeCr-Cr-n-типа может быть выше напряжения лавинного пробоя, развитого по всей площади Cr-Cr-перехода. Это связано с тем, что большая часть приложенного к Fe-Cr-Cr-n-структуре напряжения в условиях микроплазменного пробоя падает на высокоомной Cr-области (в отличие от структур из GaAs:Fe).

Пятая глава. Пятая глава посвящена практическому применению результатов исследования диссертационной работы. Данные о диффузионных параметрах Fe и Cr в GaAs, изложенные в главе 3, а также результаты исследований электрических свойств диффузионных структур на основе GaAs, легированного Fe и Cr, представленные в главе 4, использовались для изготовления ряда полупроводниковых приборов: детекторов ионизирующего излучения, лавинных S-диодов и S-транзисторов. Кроме того, на основе проведенных исследований были предложены новые способы изготовления различных структур, позволяющие улучшить характеристики приборов на их основе. Основные результаты, изложенные в пятой главе, состоят в следующем.

1. Экспериментально полученные в работе температурные зависимости коэффициента диффузии и растворимости хрома в GaAs в протоке аргона были применены для оценки времени и температуры технологических отжигов при изготовлении резистивных структур большой толщины с оптимальными параметрами. Диффузия примеси Cr в GaAs в проточной системе позволила создать слои для детекторов ионизирующих излучений с удельным сопротивлением до 109 Омсм и толщиной более 1 мм, что существенно увеличило эффективность регистрации гамма-квантов.

2. Предложен новый тип и способ изготовления S-диодных Fe-Cr-Cr-nструктур. Он позволил увеличить напряжение переключения S-диодов до 650 В, I, A I, A что в 3-5 раз выше максимальных напряжений переключения для традиционных --n-структур, полученных диффузией Fe. Данные диоды могут быть использованы в качестве ключевых элементов в высоковольтных формирователях наносекундных импульсов напряжения с амплитудой более 1000 В.

3. Предложен новый способ создания диффузионных структур p+-n---n- и n---n-типов методом геттерирования глубокого акцептора Fe из исходной GaAsструктуры --n-типа. Структуры могут применяться в качестве базовых для создания S-диодов и S-транзисторов. S-диоды на основе n---n-структур, полученных геттерированием, должны обладать лучшим быстродействием по сравнению с диодами на основе диффузионных n+---n-структур и меньшими токами переключения. Предложенный способ позволит существенно упростить процесс изготовления S-транзисторов.

Заключение В работе проанализирована литература по диффузии хрома и железа в арсениде галлия, электрическим характеристикам и приборам на основе GaAs, легированного Fe и Cr. Проведены экспериментальные исследования диффузии примесей Fe и Cr в GaAs, изготовлены различные типы приборных структур на основе компенсированных слоев, исследованы их электрические характеристики.

Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом.

1. Впервые изучена диффузия Cr в GaAs в открытой системе. Обнаружено, что свободная диффузия Cr в GaAs в интервале температур 900-1000 оС в открытой системе протекает подобно диффузии в вакуумированных ампулах без навески мышьяка, то есть сопровождается процессом частичного разложения GaAs, что приводит к увеличению эффективного коэффициента диффузии Cr.

2. Получены температурные зависимости коэффициента диффузии и растворимости хрома в GaAs в открытой системе. Показано, что диффузия из напылённого слоя позволяет на порядок увеличить концентрацию хрома в GaAs по сравнению с диффузией из навески, что объясняется увеличением концентрации хрома в источнике диффузанта; в первом случае источником является смесь равновесных фаз тройного состава Ga-As-Cr, во втором – газовая фаза с низким давлением паров Cr.

3. Впервые экспериментально определены температурные зависимости коэффициента диффузии и растворимости электрически активных атомов Fe в GaAs при диффузии в запаянных ампулах и давлении паров мышьяка P = атм.

4. Показано, что процессы токопротекания в диффузионных --n-структурах объясняются с позиций формирования линейного перехода; напряжение переключения S-диода из закрытого в проводящее состояние при фиксированных токах является функцией градиента концентрации примеси в области объемного заряда --перехода.

5. Форма обратных ветвей ВАХ S-диодов на основе GaAs:Fe слабо зависит от толщины базы --n-структур (d). Наблюдаемая закономерность напряжения переключения от d обусловлена инжекцией электронов из прямосмещенного контакта к -слою. Снижение инжекции электронов из контакта к -слою деформирует ВАХ вплоть до исчезновения S-характеристики на участке микроплазменного пробоя; напряжение и ток переключения значительно увеличиваются. Данный результат имеет важное практическое значение;

удаление части нарушенного -слоя толщиной 10-15 мкм обеспечивает формирование надёжного инжектирующего контакта в структурах из GaAs:Fe.

6. Предложена оригинальная полупроводниковая структура Fe-Cr-Cr-n-типа, полученная в процессе двойного легирования GaAs примесями Cr и Fe.

Показано, что напряжение переключения S-диодов на основе Fe-Cr-Cr-nструктур превышает напряжение лавинного пробоя --перехода GaAs:Cr структур. Это связано с тем, что большая часть приложенного к Fe-Cr-Cr-nструктуре напряжения в условиях микроплазменного пробоя Cr-Cr-перехода падает на высокоомной Cr-области и, таким образом, регулируется ее толщиной, в отличие от GaAs:Fe структур.

7. На основе диффузионных структур, компенсированных глубокими акцепторными примесями, создан ряд полупроводниковых приборов нового типа: детекторы прямого счёта единичных заряженных частиц высоких энергий и квантов рентгеновского и гамма- излучений с высокой квантовой эффективностью; диоды импульсные лавинные (S-диоды) с напряжением переключения до 650 В.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Прудаев, И.А. Диффузия и растворимость хрома в арсениде галлия / И.А.

Прудаев, М.В Ардышев // Изв. вузов. Физика. – 2005. – Т. 28, № 6 – С. 46-(0,14 п.л).

2. Будницкий, Д.Л. Время жизни носителей заряда в высокоомном GaAs, легированном диффузией хрома / Д.Л. Будницкий, В.А. Новиков, О.П.

Толбанов, И.А. Прудаев // Изв. вузов. Физика. – 2008. – Т. 51, № 5. – С. 84-(0,41 п.л).

3. Ардышев, М.В. Диффузия хрома в GaAs в открытой системе / М.В. Ардышев, И.А. Прудаев, О.П. Толбанов, С.С. Хлудков // Неорг. материалы. – 2008. – Т.

44, № 9. – С. 1036-1040 (0,34 п.л).

4. Прудаев, И.А. Диффузия и растворимость электрически активного железа в арсениде галлия / И.А. Прудаев, С.С. Хлудков // Изв. вуз. Физика. – 2008. – № 11 – С. 48-51 (0,24 п.л).

5. Прудаев, И.А. Переключающие планарные S-диоды на основе арсенида галлия / И.А. Прудаев, М.С. Скакунов, О.П. Толбанов, С.С. Хлудков // Изв.

вузов. Физика. – 2008. – Т. 51. – № 9/3. – С. 32-33 (0,15 п.л).

6. Шабаш, А.В. Измерение зависимости времени задержки переключения Sдиода от перенапряжения / А.В. Шабаш, Б.И. Авдоченко, И.А. Прудаев // Изв.

вуз. Физика. – 2008. – Т. 51, № 9/3. – С. 44-45 (0,16 п.л).

7. Прудаев, И.А. Влияние толщины базы лавинного S-диода на его обратную вольт-амперную характеристику / И.А. Прудаев, С.С. Хлудков // Изв. вуз.

Физика. – 2009. – № 2. – С. 48-53 (0,5 п.л).

8. Ардышев, М.В. Исследование диффузии хрома в арсенид галлия в открытой газовой системе / М.В. Ардышев, И.А. Прудаев // Современные проблемы физики, технологии и инновационного развития : Сб. статей молодых ученых. – Томск : Изд-во Том. ун-та, 2003. – С. 65-67 (0,1 п.л).

9. Ардышев, М.В. Получение предельно высокоомного GaAs диффузией хрома в формиг-газе / М.В. Ардышев, И.А. Прудаев // Современные проблемы физики и высоких технологий : Материалы международной конференции – Томск : Изд-во Том. ун-та, 2003. – С. 154-156 (0,12 п.л).

10. Прудаев, И.А. Исследование диффузии хрома в арсенид галлия в потоке водорода / И.А. Прудаев, М.В. Ардышев // Физика твердого тела : Сборник материалов IX Российской научной студенческой конференции. – Томск :

Изд-во Том. ун-та, 2004. – С. 91-92 (0,11 п.л).

11. Ardyshev, M.V. Diffusion of chromium into GaAs as a way to detector material making / M.V. Ardyshev, I.A. Prudaev, S.S. Khludkov // IEEE International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON–2005).

Proceedings. – Tomsk : The Tomsk IEEE Chapter & Student Branch. Russia, Tomsk, 2005. – P. 68-71 (0,13 p.s).

12. Хлудков, С.С. Диффузия хрома в GaAs при низком давлении паров мышьяка / С.С. Хлудков, О.Б. Корецкая, И.А. Прудаев, Г.Р. Бурнашева // Девятая конференция «Арсенид галлия и полупроводниковые соединения группы IIIV» : Материалы международной конференции. – Томск : Томский госуниверситет, 2006. – С. 108-111 (0,19 п.л).

13. Скакунов, М.С. Оптоэлектронный ключ с субнаносекундным быстродействием / М.С. Скакунов, И.А. Прудаев // Физика твердого тела :

Сборник материалов X Российской научной студенческой конференции. – Томск : Изд-во Том. ун-та, 2006. – С. 250-252 (0,1 п.л).

14. Прудаев, И.А. S-диод с управляющим электродом / И.А. Прудаев, М.С.

Скакунов, О.П. Толбанов // Девятая конференция «Арсенид галлия и полупроводниковые соединения группы III-V» : Материалы международной конференции. – Томск : Томский госуниверситет, 2006. – С. 431-434 (0,п.л).

15. Prudaev, I.A. Subnanosecond optoelectronic switch / I.A. Prudaev, M.S. Skakunov, O.P. Tolbanov // IEEE International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON–2007). Proceedings. – Tomsk : The Tomsk IEEE Chapter & Student Branch. Russia, Tomsk, 2007. – P. 228-230 (0,1 p.s).

16. Prudaev, I.A. Transformation of current-voltage characteristics of GaAs --nstructures under modification of -layer resistance / I.A. Prudaev, M.S. Skakunov, S.S. Khludkov // IEEE International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON–2009). Proceedings. – Tomsk : The Tomsk IEEE Chapter & Student Branch. Russia, Tomsk, 2009. – P. 180-184 (0,14 p.s).

Тираж 100 экз.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»