WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

На рис. 3 подобная зависимость показана для модельной 2G0(EB) 2 1/(EB - Enk)3 = = 0, (5) функции (3), имеющей симметрию A1 и локализованную Enk на катионном узле в GaAs (AsGa). Максимум зарядовой плотности этого дефектного состояния достигается при в котором энергия EB зависит от зонного спектра только энергии EB EV + 0.57 эВ. одного кристалла и поэтому удовлетворяет условию Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Электронные свойства облученных полупроводников, модель закрепления уровня Ферми Таблица 1. Расчетные энергии ширины запрещенной зоны Eg, положения глубокого дефектного уровня EB, уровня локальной электронейтральности ELNL, экспериментальные значения стационарного положения уровня Ферми в облученном полупроводниabs ке Fsat и высот барьера Шоттки FbS, а также расчетное положение уровня EB относительно уровня вакуума (EB ) abs Кристалл Eg EB ELNL ELNL [16] Fsat (эксперимент) [2,4] FbS (эксперимент) [4,16] EB Si 1.20 0.47 0.39 0.36 0.39 0.32-0.48 4.Ge 0.78 0.26 0.18 0.18 0.13 0.07-0.18 4.3C-SiC 2.42 1.53 1.40 - - 1.0-1.05 BP 1.99 0.95 0.81 - - 0.87 AlP 2.48 1.37 1.20 1.27 - - AlAs 2.24 1.07 0.88 1.05 - 0.94-1.04 4.AlSb 1.60 0.63 0.47 0.45 0.5 0.55-0.60 4.GaP 2.37 1.16 1.00 0.81 1.0 ± 0.2 0.94-1.27 4.GaAs 1.51 0.77 0.63 0.50 0.6 0.52-0.82 4.GaSb 0.87 0.24 0.14 0.07 0.02-0.05 0.07-0.10 4.InP 1.43 1.03 0.89 0.76 1.0 0.76-0.98 4.InAs 0.42 0.53 0.51 0.50 0.52 0.42-0.47 4.InSb 0.24 0.17 0.12 0.01 0.0 0.0-0.15 4. Примечание. Уточненные значения, полученные в настоящей работе при учете 913 специальных точек. ELNL —расчет в модели [2]. Энергии приведены в эВ; отсчет величин EB, ENLN, Fsat осуществлен относительно потолка валентной зоны.

транзитивности. Из вида модельной волновой функции высотам барьеров Шоттки FbS, а изменение величины EB глубокого центра (3) следует, что уравнение (5) соответ- в зависимости от ширины запрещенной зоны в ряду ствует условию максимума ее нормировочного коэффи- исследованных материалов подобно соответствующим циента и средней величины дефектного потенциала M, зависимостям FbS и Fsat. Такая корреляция расчетных и а значит, и наибольшей локализации состояния около экспериментальных данных показывает, что, так же как дефекта. Таким образом, глубокий центр с наиболее и EB, положение Esat и FbS определяется в основном локализованной волновой функцией имеет энергию EB, усредненными интегральными характеристиками энернаименьшим образом зависящую от кристаллической гетического спектра кристалла. Используя расчетные матрицы, в которую он внедрен.

значения EB и экспериментальные измерения первых Расчет энергий EB по формуле (5) для различных потенциалов ионизации I для рассматриваемых поp кристаллов проводился с применением методов специлупроводников [17], можно оценить положение уровальных точек [13] и эмпирического нелокального псевня EB в абсолютной энергетической шкале (относительдопотенциала [14,15] с учетом спин-орбитального вза- abs но уровня „вакуума“). Эти значения EB =(I - EB) p имодействия. Для большинства соединений значения EB представлены в табл. 1. Согласно оценкам, среднее находятся с точностью 0.02 эВ при учете 10 специаль- abs значение величины EB для исследованных материных точек и 100 спин-орбиталей. В случае узкозонных алов составляет 4.71 эВ. Эти данные подтверждают, соединений InSb и InAs положение уровня EB сильнее что EB является единым энергетическим уровнем во зависит от состояний -долины нижней зоны проводивсех родственных тетраэдрических полупроводниках.

мости, имеющей малую эффективную массу. Поэтому Была рассмотрена зависимость уровня EB от темперадля повышения точности расчета EB в этих соединениях туры на примере GaAs, InAs, InSb. Данная зависимость было учтено 913 специальных точек в неприводимой связана с изменением зонной структуры, вызванным части зоны Бриллюэна, определенных методом растепловым расширением и колебаниями атомов решетки.

ширенной элементарной ячейки (32 32 32). ГрафиДля учета колебаний псевдопотенциалы атомов перенорческое решение уравнения (5) на примере GaAs показамировывались фактором Дебая–Уоллера с использовано на рис. 2. Вычисленные энергии уровней EB относинием среднеквадратичных отклонений из работы [18].

тельно потолка валентной зоны даны в табл. 1. Здесь же Результаты расчета для двух температур — низкой для сравнения приведены значения уровней электроней(T = 10 K) и комнатной (T = 300 K) — приведены в тральности ELNL, вычисленные в этих полупроводниках табл. 2. Данные показывают, что EB/T (1/3)Eg/T в работах [2] и [16], а также экспериментальные значения для широкозонного полупроводника (на примере GaAs) высоты барьера Шоттки FbS (в основном для контактов и EB/T (1/2)Eg/T в узкозонных полупроводнис Au и Al [9,16]).

ках (на примере InSb, InAs). Увеличение температурИз приведенных результатов видно, что, несмотря на приближения, сделанные при выводе уравнения (5), по- ного коэффициента для уровня EB в узкозонных полулученные значения EB близки к предельному положению проводниках связано с соответствующим ростом темпеуровня Ферми в облученных полупроводниках Fsat и ратурной зависимости энергий боковых долин нижней 4 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 562 В.Н. Брудный, С.Н. Гриняев, Н.Г. Колин Таблица 2. Энергии межзонных переходов Eg, E X, E L, E1, параметров деформации слоев поправки к разрывам, уровня глубокого центра EB, уровня локальной электро0 зон могут быть учтены в рассмотренной модели через нейтральности ELNL в модели [2] для GaAs, InAs, InSb при соответствующие изменения зонных спектров полупроразных температурах T водников.

Полупроводник T, K Eg E X E L E1 ELNL EB 4. Обсуждение полученных GaAs 10 1.52 1.94 1.82 3.12 0.34 0.61 0.результатов 300 1.44 1.88 1.78 3.06 0.34 0.59 0.InAs 10 0.42 1.84 1.51 2.70 0.41 0.51 0.Отметим, что в настоящей работе модель глубокого 300 0.35 1.76 1.43 2.62 0.41 0.49 0.центра не связана с каким-то конкретным дефектом InSb 10 0.24 1.03 0.71 2.00 0.86 0.12 0.300 0.17 0.93 0.63 1.93 0.86 0.09 0.12 кристалла. В ней в развитие модели единого дефекта [5] учитывается лишь один, основной, признак глубокого Примечание. Энергии приведены в эВ.

центра — наиболее сильная локализация его волновой функции среди возможных дефектов материала. Именно Таблица 3. Значения разрывов валентных зон EV на при энергии E = EB обеспечивается наименьшая чувгетерограницах полупроводников в соответствии с данной ствительность данного глубокого уровня к кристалли работой ( EV ) и согласно расчетам в моделях [2,16] ческой матрице полупроводника и типу металла на границе раздела. При этом локализованные состояния EV, Гетеропара | a|, EV EV [2] EV [16] с близкими к уровню EB энергиями выступают как эксперимент [17,19] состояния, наименее чувствительные к типу кристалGe/Si 0.22 0.21 0.21 0.18 0.17, 0.2, 0.ла в группе родственных полупроводников, а соответGaP/Si 0.02 0.69 0.61 0.45 0.62, 0.ствующие им дефекты, такие, например, как широко GaAs/Si 0.22 0.30 0.24 0.14 0.известный дефект EL2 в GaAs (антиструктурный деSi/GaSb 0.66 0.23 0.25 0.29 0.05, 0.фект AsGa), могут накапливаться в процессе облучения, InAs/Si 0.62 0.06 0.11 0.14 0.что подтверждается экспериментальными измерениями InP/Si 0.43 0.56 0.50 0.40 0.56, 0.спектров электронного парамагнитного резонанса [20].

GaAs/Ge 0.01 0.51 0.45 0.32 0.35, 0.56, 0.Следует при этом отметить, что конкретный тип доAlAs/Ge 0.01 0.81 0.70 0.87 0.89, 0.92, 0.мирирующих РД в полупроводнике в сильной степени GaP/Ge 0.20 0.90 0.82 0.63 0.80, 0.InP/Ge 0.21 0.77 0.71 0.58 0.64 зависит от условий облучения (температура образца, InAs/Ge 0.40 0.27 0.32 0.32 0.энергия и масса бомбардирующих частиц), а иногда и AlAs/GaAs 0.01 0.30 0.25 0.55 0.34, 0.45, 0.предыстории материала, и в частном случае в области InAs/GaAs 0.40 0.24 0.12 0.0 0.05, 0.энергий E = EB плотность дефектных состояний моGaSb/InAs 0.04 0.29 0.36 0.43 0.40, 0.46, 0.51, 0.жет быть несущественной. Например, в случае облучеAlSb/GaSb 0.04 0.39 0.33 0.38 0.4, 0.45, 0.ния GaAs -квантами или электронами (1-2МэВ) при GaP/InP 0.41 0.13 0.11 0.05 0.температурах T 295 K накапливаются так называемые InP/GaAS 0.21 0.26 0.26 0.26 0.электронные (E) и дырочные (H) ловушки, предполоGaP/GaAs 0.20 0.39 0.37 0.31 0.жительно простые дефекты в подрешетке As, энергетиПримечание. | a| — разность постоянных решетки компонент гете- ческие уровни которых группируются соответственно в ропары. Энергии приведены в эВ.

верхней и нижней половине запрещенной зоны, т. е. вдали от энергии EB = EV - 0.77 эВ для GaAs [21]. Такая система РД оказывается неустойчивой к повышению зоны проводимости, которые дают большой вклад в температуры и отжигается вблизи 200C. В то же функцию Грина и ее производные по энергии.

время облучение GaAs при повышенных температурах Используя условие непрерывности уровня EB на (> 200C) электронами или бомбардировка ионами или гетерограницах родственных полупроводников, из выбыстрыми нейтронами вблизи комнатных температур ражения приводит к преимущественному формированию так на EV = EB(1) - EB(2), зываемых P-центров, энергетические уровни которых где EB(1) и EB(2) — энергии уровня EB относительно группируются вблизи энергии EB [21,22]. Предполопотолка валентной зоны полупроводников 1 и 2, можно жительно это более сложные дефекты — кластеры, также оценить разрывы валентных зон EV для раз- так как они более устойчивы к нагреву до высоких личных полупроводниковых гетеропар (табл. 3). В на- температур (до 450-650C). Можно предположить, что шем расчете, как и в [2,9], напряжения слоев, вызван- при высокотемпературном облучении, когда простые ные несоответствием постоянных решеток компонент, дефекты подвижны в кристаллической решетке, или при не учитывались, поэтому лучшее согласие результатов бомбардировке полупроводника тяжелыми ионами или теории с экспериментом наблюдается в основном для быстрыми нейтронами, которые формируют в полупроменее напряженных структур. При известных значениях воднике коллективные дефекты, так называемые пики Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Электронные свойства облученных полупроводников, модель закрепления уровня Ферми смещения, должны преимущественно формироваться дефекты кластерного типа, которые способны закреплять уровень Ферми вблизи EB, как это показано на примере кластеров Ga в GaAs [10]. Однако применительно к облученным полупроводникам эта проблема требует специального рассмотрения с учетом природы и размеров дефектных кластеров.

Поскольку глубокий дефект с энергией EB формируется из блоховских состояний, отвечающих большим участкам зоны Бриллюэна кристалла и многим энергетическим зонам, его свойства слабо зависят от деталей зонной структуры в энергетическом интервале вблизи запрещенной зоны Eg полупроводника, а также от конкретного вида материала и ориентации Рис. 4. Графическое решение уравнения (5) для кристалла межфазной границы. При этом электронные свойства GaAs. Показаны парциальные вклады от валентных зон, зон облученного полупроводника (эффект Холла, коэффипроводимости и их сумма.

циент Зеебека) определяются именно особенностями зонного спектра кристалла в энергетическом интервале вблизи EB, т. е. положением уровней в пря6C Необходимо только учитывать, что в первом случае мозонных полупроводниках и уровней X6C и L6C в свойства материала (тип проводимости, концентрация непрямозонных, а также положением -уровня относи8V свободных носителей заряда) определяются выбором тельно энергии EB( Fsat). Например, высокое удельное химической примеси и пределом ее растворимости сопротивление облученного GaAs ( 108-109 Ом · см в полупроводнике, а во втором случае „предельные“ при 300 K [23,24]) и n+-тип проводимости облученноэлектронные параметры облученного материала всегда го InAs ( 10-3 Ом · см при 300 K [25]) обусловлены строго заданы соответствующим универсальным значетем, что уровень Fsat закрепляется вблизи середины нием Fsat( EB) для каждого полупроводника, которое минимальной запрещенной зоны GaAs и соответственно определяется энергетическим спектром идеального крив зоне проводимости InAs (табл. 1). Это связано с сталла и не зависит от условий высокоэнергетического особенностями энергетических спектров рассмотренных облучения и предыстории (способа выращивания и приполупроводников. В частности, n+-тип проводимости месного состава) материала.

облученного InAs обусловлен „низким“ расположением уровня, сформированного тяжелым катионом In, 6C относительно энергии EB. Аналогичным образом могут 5. Заключение быть рассмотрены особенности электронных свойств других облученных полупроводников. Так, например, Результаты экспериментальных исследований и расp(p+)-тип проводимости облученных бинарных анти- четы настоящей работы показывают, что закрепление монидов обусловлен значительным спин-орбитальным уровня Ферми в объемном дефектном полупроводнике, расщеплением валентной зоны данных материалов. Та- облученном высокоэнергетическими частицами, и на ким образом, положение Fsat( EB) в энергетическом межфазной границе раздела (барьер Шоттки, гетеропаспектре кристалла определяют значения стационарных ра) имеет место вблизи наиболее глубокого дефектного концентраций электронов nsat (дырок psat) и соот- состояния кристалла в области запрещенной зоны полуветственно электронные свойства облученного полу- проводника. Данное дефектное состояние построено из проводника. При этом радиационное модифицирование наиболее коротких щелевых состояний, что подтверждаэлектрофизических характеристик полупроводника мож- ют экспериментальные исследования облученных поно рассматривать как процесс „компенсации“ электри- лупроводников в условиях всестороннего сжатия [27], ческой активности легирующих химических примесей поэтому его уровень EB согласуется с усредненным за счет введения в кристалл РД, при котором исходная по всем направлениям положением точки ветвления концентрация свободных электронов n0 или дырок pкомплексной зонной структуры полупроводника и реизменяется в соответствии с выражениями зультатами расчетов в рамках моделей [2,9], основанных на этом представлении. Действительно, как следует из nsat = n0 exp (F0 -Fsat)/kT, psat = p0 -(F0 -Fsat)/kT.

Pages:     | 1 || 3 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.