WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

Принцип работы описанной структуры состоит в слеВ данной работе для исследования ВШЛ нами преддующем. Обратное импульсное смещение Vp с периодом ложен объект, существенно отличающийся от испольtp 10-7 с прикладывается между коллектором и зовавшихся ранее, а именно ЕСР, которую содержит эмиттером. Прямое постоянное смещение VB приклабольшинство политипов карбида кремния. Следующим дывается к переходу эмиттер–база. Связанный с ним естественным шагом в развитии этих исследований ток эмиттер–база практически не влияет на величину была попытка прямого наблюдения эффектов ВШЛ в электронном транспорте посредством изучения вольт- инжекции из-за большого (107-108 Ом) сопротивления p-области. Задача этого смещения — понизить высоту амперных характеристик кристаллов, содержащих ЕСР, контактного барьера. Импульсное напряжение, прилов сильных полях. Из изложенных выше результатов следует, что успех здесь зависит от возможности по- женное между коллектором и эмиттером, обеспечивает однородное электрическое поле, которое, распростралучить чистый электронный ток, так как дырочный няясь через базу, достигает открытого эмиттерного компонент, не подверженный влиянию ВШЛ, маскирует особенности ВАХ и не позволяет наблюдать искомые перехода и вызывает контролируемую инжекцию. Ток эффекты. Попытка решить эту задачу наиболее простым инжекции растет вместе с Vp, однако он может быть способом, т. е. использованием карбида кремния с про- ограничен изменением VB. Сопротивление базовой обводимостью n-типа, потерпела неудачу. Проблемы были ласти при протекании импульсного тока уменьшается связаны с недопустимо большими плотностями тока при в 103-104 раз благодаря тому, что инжектированные полях F > 105 В/см, с влиянием контактов, а также с в базу электроны подхватываются полем и пролетают неоднородным распределением поля в образце. В связи с базу, достигая коллектора. Таким образом, в эксперименэтим была разработана оригинальная экспериментальная тальной структуре реализован инжекционно-пролетный структура, удовлетворяющая основным требованиям. механизм протекания тока. Описанная электрическая Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Ванье-штарковская локализация в естественной сверхрешетке политипов карбида кремния... В данной экспериментальной структуре реализованы все перечисленные выше условия, необходимые для изучения электронного транспорта в сильных полях в условиях ВШЛ:

1) измеряемый ток в образце был чисто электронным;

2) электрическое поле в образце однородно;

3) током в образце можно управлять независимо от поля;

4) поле в рабочей области направлено параллельно оси ЕСР в каждом исследуемом политипе, F C;

5) механизм токопротекания инжекционно-пролетный.

Подчеркнем, что именно свойства такой структуры обеспечивают низкие плотности токов, не боРис. 11. Схема измерений. 1–3 — структура, 4 — осциллее 100 А/см2, при полях, существенно превышающих лограф.

100 кВ/см, что наряду с кристаллическим совершенством ЕСР позволило наблюдать ОДП в статическом режиме.

Впервые эта экспериментальная структура описана нами в [30]. Хотя триодная структура представляется более сложной, чем диодная, позднее, в силу тех же обстоятельств и требований, триодная структура была применена в работе американской группы [14].

При создании описанной экспериментальной структуры на подложке n-типа сублимационным сэндвичметодом были выращены пленки пяти политипов: 4H-, 6H-, 8H-, 15R- и 21R-SiC, легированные скандием. Надо отметить, что проблема управляемого роста того или иного политипа практически не решена и поиск нужного объекта требует отбора из большого числа образцов.

Далее на пленке p-типа создавался слой n+ толщиной 1-2 мкм. Толщина базового слоя определялась прямыми измерениями ширины области люминесценции, исходящей из торца готовой трехслойной структуры. Обычно толщина базового слоя была в пределах 5-10 мкм.

После этого методом фотолитографии изготавливалась экспериментальная структура. Диаметры коллектора, базового электрода и эмиттера составляли соответственно 420, 400 и 200 мкм.

В процессе изменений фиксировался ток в цепи эмиттера. При изменении импульсного напряжения базовое Рис. 12. Распределение поля F в активной области бипо- смещение обычно поддерживалось постоянным. Кроме лярной триодной структуре: a — Vp = 0, VB = 0, Vc = 0;

того, для наблюдения за состоянием экспериментальной b — Vp = 0, VB = 0, Vc = 0; c — Vp = 0, VB = 0, Vc = 0.

структуры контролировались постоянные токи в цепях эмиттера и базы.

4.2. Ванье-штарковская локализация схема соответствует транзистору, включенному с обв политипах карбида кремния щим эмиттером (рис. 11). Распределение электрического поля в структуре показано на рис. 12 для начального В данном случае вариант включения соответствовал состояния без внешним смещений и для двух рабочих приведенному на рис. 12, b. Полученные в результарежимов. Таким образом, в базе, т. е. в рабочем проте измерений N-образные ВАХ для политипов 4H-, странстве структуры, протекает чисто электронный ток, 6H- и 8H-SiC представлены на рис. 13 [52–58]. Поуправляемый постоянным смещением, не влияющим на роговые поля начала падающих участков ВАХ, т. е.

величину поля в базе. Поле на всей ширине базы при возникновения ОДП, составили в разных образцах:

этом практически однородно. 8H Ft 1.1 · 105 В/см, 6H Ft 1.5 · 105 В/см и 4H Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 784 В.И. Санкин наблюдаемые эффекты ОДП в трех политипах скорее обнаруживают корреляцию с механизмом блоховских осцилляций.

По-видимому, наблюдаемую ОДП можно объяснить и другими причинами. Известно, что N-образная ВАХ возникает также и при рекомбинационной неустойчивости, когда носители тока захватываются на отталкивающие центры [60]. Однако времена пролета электронов через базовый слой t < 10-10 с существенно меньше времени рекомбинации, что уменьшает вероятность этого процесса. Кроме того, в случае рекомбинационной неустойчивости пороговые поля для политипов 4H, 6H и 8H были бы практически одинаковыми.

Таким образом, представляется обоснованной интерпретация наблюдавшихся эффектов в рамках теории ВШЛ. Параметры эффектов соответствовали критериям ВШЛ, а различие пороговых полей для трех политипов соответствовало различию в параметрах ЕСР этих полиРис. 13. I-F-характеристика экспериментальных структур.

типов. Возрастающая ветвь ВАХ справа от пороговой Схема измерений: см. рис. 11 и 12, b.

точки может быть объяснена ростом инжекции при увеличении поля, а также поперечным разогревом электронов. Кроме того, не все электроны, участвующие в протекании тока подвержены ванье-штарковскому кванFt 2.9 · 105 В/см. Ft определялось с погрешностью окотованию. В силу геометрии экспериментальной структуло 10%, связанной в первую очередь с неточностью ры протекание тока в ней возможно и в направлениях, определения ширины базового слоя. Из рис. 13 видно, отличных от оси ЕСР. В силу отмеченной выше послечто полученные ВАХ качественно близки, однако породовательности развития процесса ВШЛ наблюдавшаяся говые поля существенно различаются. Заметим, что на для этих политипов ОДП в режиме БО может рассматрис. 13 представлены структуры, на которых N-образная риваться как начальная фаза процесса ВШЛ.

ВАХ проявилась наиболее отчетливо. В ряде образцов падение тока не превышало 20%. Кроме того, во многих случаях наблюдению эффекта препятствовали неконтро4.3. Исследование ВШЛ в сверхсильном лируемые утечки тока и микроплазменный пробой. ВАХ электрическом поле 30% образцов даже при отсутствии подобных утечек До сих пор речь шла об эффектах ВШЛ в сильном сохраняла монотонность вплоть до полей пробоя [55].

поле, при котором, однако, расстояния между уровнями Для численных оценок по выражениям (22) и (23) штарковской лестницы малы настолько, что минизону требуется значение времени рассеяния при полях, можно считать квазинепрерывной, т. е. E1 eFd. При близких к пороговым. Для таких оценок нами были исдальнейшем росте электрического поля непрерывность пользованы результаты измерений насыщенной скорости электронного спектра нарушается, а область, в которой дрейфа электронов vs для F C, о чем будет сказано локализуется электрон, уменьшается. Поля, при которых подробнее в разд. 4.5. Электрические поля Fs, при ее размер существенно меньше длины свободного прокоторых происходило насыщение дрейфовой скорости, бега l, составили 135, 140 и 155 кВ/см, а сами vs 1.0 · 106, F E1/el, (28) 2.0 · 106 и 3.3 · 106 см/с для 8H, 6H и 4H соответственно. Согласно [4], дрейфовая скорость при минизонном мы будем называть сверхсильными.

транспорте выражается как Чтобы исследовать дальнейшее развитие процесса ВШЛ при таких полях, экспериментальная методика A · F vd =, (27) была несколько модифицирована [61,62] и схема изB(1 +(F/B)2) мерений соответствовала случаю (c) на рис. 12. Это где A = dE1/(2 ), B = /ed, d — постоянная было связано с тем, что методика, описанная выше, не ЕСР, E1 — ширина первой минизоны, — время позволяет достичь полей выше 5 · 105 В/см из-за возникрассеяния. Ширина первой минизоны экспериментально новения локального пробоя. Основное изменение услоопределена для 6H-SiC E1 = 256 мэВ [59], постоянная вий эксперимента состояло в том, что на коллекторный ЕСР которого d = 7.5. Полученное из (27) значение переход, помимо импульсного, подавалось постоянное времени рассеяния = 5 · 10-13 с согласуется с той напряжение, смещающее его в обратном направлении.

же величиной, полученной из критерия для порогового Это приводило к тому, что кроме импульсного напряполя блоховских осцилляций (23), а не с (22). Поэтому жения, однородного по всей базовой области, в области Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Ванье-штарковская локализация в естественной сверхрешетке политипов карбида кремния... коллекторном переходе, но при этом трехэлектродная структура становится неработоспособной.

Для политипа 6H пороговое поле 600 кВ/см соответствует штарковской энергии 45 мэВ, что свидетельствует о возможности сильной локализации, приводящей к нарушению условия квазинепрерывности электронного спектра в первой минизоне. При этом проводимость может осуществляться путем перескоков электронов между квазидискретными уровнями с участием фононов.

Теоретическое рассмотрение этого механизма проводимости выполнено в работах [47–49]. Физические модели, положенные в основу расчета, в них были различными и соответственно различными оказались и предсказанные результаты. Общим для этих работ является вывод о том, что ВАХ должна иметь вид резонансов с пороговыми полями возникновения ОДП, определяемыми соотношениями (24) и (25). В[47,48] константой являлось значение энергии фонона, а в [49] — ширина первой минизоны E1. Индексыn = 1, 2, 3,... соответствуют числу слоев сверхрешетки, через которые прыгает электрон.

На ВАХ политипа 6H особенности 1, 2 и 3 характеризуются штарковскими энергиями 45, 80 и 103 мэВ соответственно, которые близки к энергиям поперечного Рис. 14. I-F-характеристика экспериментальных структур (46 мэВ) и продольного (77 мэВ) акустических фононов, политипа 6H-SiC. Схема измерений: см. рис. 11 и 12, c.

а также продольного оптического фонона (103-112 мэВ) в минимуме зоны проводимости [34]. Таким образом, ОДП, наблюдаемая в областях 1, 2 и 3, может быть объемного заряда коллекторного перехода было сосре- интерпретирована как ЭФР между соседними уровнями доточено значительно более сильное постоянное поле штарковской лестницы с участием фононов. При этом (рис. 12, c). Поскольку данный переход образован сильно пороговые поля возникновения ОДП удовлетворяют легированной n+-областью с Nd-Na =(3-5) · 1018 см-3 (24) при n = 1, т. е. переходам между соседними узлами и -областью с Na-Nd < 2 · 1017 см-3, он может счи- СР. Переходы между узлами с n > 1 не наблюдаются, таться резким и асимметричным, а электрическое поле поскольку они реализуются при существенно более в нем изменяется с координатой линейно. Максимальное низких полях, которые в данном опыте, как уже отмеполе на границе между - и n+-областями при этом чалось, технически недостижимы. Кроме того, низкие составит [39] поля могут привести к нарушению условия сильной локализации (28), что сделает наблюдение эффекта Fm = 2V (eN)1/2/(2V )1/2, (29) невозможным. Также следует отметить, что переходы с n > 1 являются более тонкими эффектами и их где — диэлектрическая проницаемость, а N = Na - Nd.

наблюдение может быть затруднено из-за разного рода Среднее поле, которое будет в основном использоваться утечек в объеме и на поверхности, поскольку при в дальнейшем, равно половине максимального. В этой исследованиях в сильных полях остро стоит проблема схеме импульсное поле обеспечивало поставку электрокачества кристаллов. Таким образом, принципиальная нов из эмиттера в область сильного поля коллектора.

возможность наблюдения мультипликативной серии с I-F-характеристики политипа 6H, показанные на n > 1 в данном случае представляется сомнительной.

рис. 14, содержат пять особенностей, отмеченные циф- Штарковская энергия, соответствующая пороговому рами 1, 2, 3, 4, 5. Область 1 характеризуется пороговым полю в области 4, составляет 125-130 мэВ, что заметно полем 600 кВ/см. Представляется маловероятным, что выше известных энергий фононов в точке минимума этот эффект обусловлен БО электронов, т. е. начальным зоны проводимости. Поэтому есть основания интерпреэтапом процесса ВШЛ. Как было показано выше, для БО тировать данные результаты как ЭПЛМ [49], при котопороговое поле составляет около 150 кВ/см. В данной ром ширина первой минизоны E1 должна быть кратна схеме опыта реализовать столь малые поля не удается, штарковской энергии. Согласно результатам [49], штартак как даже при отсутствии внешнего поля контактный ковская энергия при пороговом поле составляет 1/2 E1.

барьер p-n-перехода составляет 2.7 В, что соответству- Отсюда легко получить значение E1 = 250-260 мэВ. Тает среднему полю в области объемного заряда, пре- ким образом, впервые выполнена прямая оценка ширины вышающему 150 кВ/см. Для дальнейшего уменьшения E1, величина которой не противоречит интерпретации, поля необходимо инвертировать внешнее напряжение на приведенной выше (разд. 4.2) для режима БО.

2 Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 786 В.И. Санкин Область 5 отличается от четырех предыдущих тем, что участку ОДП предшествует резкое увеличение тока.

Само по себе резкое нарастание тока в области сильных полей — обычный факт, который сопровождает пробойные явления. Особенность рассматриваемого случая состоит в том, что за ростом тока следует его падение.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |



© 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.