WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Как отмечено выше, выражение (24) получено для низких уровней инжекции, n p ni. При Рис. 4. Зависимость концентрации равновесных электронов больших n и p (n p > ni) оно имеет (сплошная линия) и дырок (штриховая) от концентрации цен вид n00.5p1(p0 +p)-1. Отсюда следует, что тров рекомбинации Nt при T = 300 K, n = 0.1ni и уровнях легирования Nd = 1016 (1), 1017 (2), 1018 см-3 (3). максимальное значение времени жизни убывает с ростом Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Свойства точно компенсированных полупроводников в) Если глубокий акцептор является центром прилипания, уровень которого расположен очень близко к зоне проводимости, как, например, A-центр в кремнии, то p1 n1, p0. Тогда в соответствии с (20) отношение n/p убывает с ростом Nt. Следовательно, n и p могут убывать с Nt и не иметь никакого максимума.

Проведенное нами исследование зависимости времен жизни от концентрации A-центров в кремнии подтверждает данный результат.

Далее нами исследована температурная зависимость n0 и p0 для трех случаев Nt = Nd = 1016, и 1018 см-3, а также для случая Nd = Nt, Nd = 1.7 · 1013 см-3, Nt = 8.15 · 1015 см-3 (рис. 5).

При Nt = Nd зависимость равновесной концентрации основных носителей заряда является монотонной функцией обратной величины температуры, тогда как при Nt = Nd эта зависимость более сложная (рис. 5). Это отличие можно использовать как один из признаков экспериментального определения, точно ли компенсирован Рис. 5. Зависимость равновесной концентрации свободных полупроводник или нет.

электронов (сплошная линия) и дырок (штриховая) от температуры при Nd = Nt = 1016 (1), 1017 (2), 1018 см-3 (3) и при Nd = 1.7 · 1013 см-3, Nt = 8.15 · 1015 см-3 (4) [6–8].

3.3. Удельное сопротивление Известно, что убывание суммы концентрации носителей заряда n0 + p0 на несколько порядков (рис. 4) означауровня возбуждения, полностью исчезая при p, сравет рост сопротивления полупроводника. Нами проведено нимой с p1, что объясняет результаты, представленные исследование зависимости удельного сопротивления от на рис. 3.

концентрации ловушек Nt с учетом зависимости подвижб) Если уровень глубокого акцептора расположен в ностей µn, µp от температуры по формулам (12)–(17) верхней половине запрещенной зоны, как это имеет при T = 300 K, Nd = 1016, 1017 и 1018 см-3 и уровнях место в кремнии с E-центром, то n1 p1. Соответственинжекции n/ni = 0.1, 104. Результаты приведены на но времена жизни электронов и дырок (2), (3) можно рис. 6. Нетрудно видеть из рис. 6, что при Nd < Nt упростить следующим образом:

n + n n p0, (25) n0p/n + p n + n p p0. (26) n + p0n/p При малых концентрациях глубокой примеси, Nt < Nd, в силу соотношений (19) и (20) избыточные концентрации и времена жизни электронов и дырок практически не отличаются друг от друга. Следовательно, n + n n p p0. (27) n0 + pС ростом Nt n0 убывает (рис. 4) и в соответствии с соотношением (20) отношение n/p возрастает.

Следовательно, время жизни электронов (25) возрастает, а время жизни дырок (26) убывает. Когда Nt > Nd, равновесная концентрация дырок p0 становится больше, чем p1, и возрастает с ростом Nt, что в соответствии с соотношением (20) приведет к убыванию отношение n/p. Следовательно, n (25) убывает, а p (26) моРис. 6. Зависимость удельного сопротивления от конценжет возрастать. Проведенное нами исследование времен трации центров рекомбинации Nt при T = 300 K, уровнях жизни, связанное с E-центром в кремнии, подтверждает легирования Nd = 1016 (1), 1017 (2), 1018 см-3 (3) и инжекции правильность данного результата. n/ni = 0.1 (штриховая линия), n/ni = 104 (сплошная).

2 Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 914 С.Ж. Каражанов удельное сопротивление полупроводника слабо возрастает с ростом Nt и резко возрастает на несколько порядков при Nt = Nd. Если Nt < Nd, то слабо падает с ростом Nt. Эту особенность зависимости (Nt) также можно использовать для определения степени компенсации полупроводника. Проведенное исследование температурной зависимости удельного сопротивления показывает, что (T ) повторяет ход зависимости n0(T ) +p0(T ). При этом зависимости подвижностей µn и µp от концентрации нейтральной, заряженной примеси и температуры не вносят качественных изменений в ход (T ). Температурный коэффициент максимально-го удельного сопротивления QT maxdmax/dT при T > 300 K сравним с соответствующим коэффициентом для терморезисторов, изготовленных из кремния, легированного марганцем [13].

3.4. Фоточувствительность Анализируя (1)–(11), нетрудно убедиться в том, что большие значения времен жизни и темнового удельного сопротивления очень чувствительны к изменениям концентрации избыточных носителей, т. е. к интенсивности фотовозбуждения (рис. 3 и 6). Значение max уменьшается с ростом n в интервале ni n Nd (рис. 6), причем эту область можно расширить, увеличивая уровень легирования мелкими донорами Nd. Нижний предел чувствительности также можно сдвинуть, уменьшая ni.

Как правило, это можно сделать с помощью внешнего давления или за счет использования полупроводника с более широкой запрещенной зоной.

Анализ формул (1)-(3) показывает, что максимальное значение времени жизни носителей заряда уменьшается с ростом концентрации избыточных носителей (рис. 3) в интервале n0 n p1. При этом, чем меньше глубина Рис. 7. Зависимость избыточной концентрации (a) и времени залегания энергетического уровня центра рекомбинации, жизни (b) дырок от скорости генерации фотоносителей G в тем больше p1 и, соответственно, тем больше верхний кремнии с концентрацией мелких доноров Nd = 1016 см-3, предел чувствительности к вариациям n.

глубоких акцепторов Nt = 1015 (1), 1016 (2), 1017 см-3 (3) Нами проведены исследования зависимости n max, при T = 300 K.

p max и max от интенсивности примесного освещения фотонами с энергией h Eg - E, осуществляющих фотостимулированный переход электронов с уровня примежду уровнем глубокой примеси и валентной зоной меси в зону проводимости. Для этой цели модифициронад фотостимулированным обменом с участием этого ваны выражения для скорости рекомбинации U (1) и же уровня. Кроме того, n1 noGn. Соответственно времен жизни носителей заряда n (2) и p (3). При скорость фотостимулированного электронного обмена этом, аналогично [14], в (1) вместо 1 и n1 использованы глубокой примеси с зоной проводимости преобладает следующие выражения:

над скоростью термостимулированного обмена.

n = n1 + n0Gn, (28) 1 Исследование проведено в температурном интервале T = 100-500 K для уровней легирования p = p1 + p0Gp, (29) Nd = 1016-1018 см-3 и концентраций центров рекомбинации Nt = 1016-1018 см-3. Анализ этих резульGn и Gp — скорости генерации при освещении электатов показал высокую чувствительность максимальтронов в зону проводимости с примесного уровня и на ных значений времени жизни и удельного сопротипримесный уровень из валентной зоны.

Проведенная нами оценка по формулам (28), (29) вления к вариациям интенсивности освещения () показала, что p1 p0Gp. Это означает преоб- в области примесного поглощения с коэффициента-ладание термостимулированного электронного обмена ми чувствительности Q n maxdn max/d 12 и Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Свойства точно компенсированных полупроводников -Q n maxdn max/d 10. Отметим, что значения пенсированного полупроводника. Это отличие можно Q и Q одного порядка с соответствующими коэффици- использовать как признак, характеризующий степень ентами для кремниевых фоторезисторов, легированных компенсации.

марганцем [13].

Необходимо подчеркнуть, что в условиях Nd = Nt Cледует отметить, что результаты на рис. 1–6 получе- непременно начинают играть существенную роль проны при разных избыточных концентрациях неосновных цессы зона-зонной оже-рекомбинации, что уменьшает носителей заряда p без конкретизации, каким спо- максимальное значение времени жизни на несколько собом они созданы. На самом же деле значение p порядков (ср. штриховую и сплошную кривые рис. 1).

можно варьировать с помощью инжекции из контак- Рассмотренный эффект существенно зависит от полотов или освещением. Далее изучена зависимость из- жения энергетического уровня глубокого акцептора E.

быточной концентрации p и времени жизни p от Если E расположен в нижней половине запрещенной интенсивности освещения для кремния с концентраци- зоны, то зависимости времен жизни электронов n и ей мелких доноров Nd = 1016 см-3 при разных кон- дырок p от концентрации акцептора проходят через центрациях глубокой примеси индия Nt = 1015, максимум. Если E находится в верхней половине и 1017 см-3 при комнатной температуре. С этой це- запрещенной зоны ближе к середине, то зависимость лью решено кинетическое уравнение в стационарных n(Nt) может иметь максимум, а p(Nt) проходит через условиях путем приравнивания скорости рекомбинации минимум. Когда глубокий уровень расположен ближе U (1) к скорости фотогенерации носителей заряда G к зоне проводимости, то n(Nt) и p(Nt) могут моно(U = G) совместно с уравнением электронейтрально- тонно убывать с ростом Nt. Эти выводы справедливы сти (10) методом итерации. Таким способом найдена для полупроводника с мелкими донорами и глубокиконцентрация дырок, а затем по формулам (1)–(11) ми акцепторами при выполнении приведенных выше их время жизни p как функция скорости фотогенераусловий.

ции носителей заряда G. Результаты представлены на В заключение отметим, что высокая чувствительность рис. 7. Нетрудно видеть из рис. 7, что избыточная полностью компенсированного полупроводника к внешконцентрация и время жизни носителей заряда в точно ним воздействиям широко используется на практике при компенсированном полупроводнике (Nt = Nd) больше, изготовлении термо-, фото- и магниторезисторов [13], чем в недокомпенсированном (Nt < Nd) и перекомдатчиков давления, температуры и магнитного поля [15].

пенсированном (Nt > Nd) полупроводниках. Такой реРабота выполнена при финансовой поддержке Аказультат особенно четко проявляется при слабых осведемии наук Республики Узбекистан. Автор благодащениях, на несколько порядков меньших, чем при осверен DAAD (Germany) за финансирование его поездщении от источника АМ1 интенсивностью 100 мВт/см2.

ки в Institut fr Solarenergieforschung (ISFH) Hameln, Следовательно, полупроводник чувствителен к слабоEmmerthal Germany. Считаю своим долгом поблагому освещению, что подтверждает правильность резульдарить проф. П.Т. Ландсберга (Southampton University, татов данной работы и согласуется с результатами Southampton, UK), проф. А.Ю. Лейдерман за полезные работы [5].

обсуждения, а также Э.Н. Цой и А.С. Киракосян (Физикотехнический институт АН Узбекистана, Ташкент, Узбеки4. Заключение стан) за техническую помощь и критические замечания.

Работа выполнена в рамках NATO Linkage Grants по Таким образом, темновое удельное сопротивление поконтракту PST SLG 975758.

лупроводника может возрастать на несколько порядков с ростом концентрации глубокой примеси. Сравнение полученных в данной работе результатов с теоретичеСписок литературы скими результатами работ [1–5] показало, что аномальный рост удельного темнового сопротивления, времени [1] А.А. Другова, В.А. Холоднов. Письма ЖТФ, 18, 23 (1992).

жизни носителей заряда, фотопроводимости являются [2] В.А. Холоднов. ФТП, 30(6), 1011 (1996).

родственными эффектами и имеют место только в точно [3] A.A. Drugova, V.A. Kholodnov. Sol. St. Electron., 38(6), (1995).

компенсированном полупроводнике. При этом полупро[4] В.А. Холоднов, П.С. Серебренников. Письма ЖТФ, 23(7), водник становится чувствительным к вариациям тем39 (1997).

пературы, интенсивности при воздействии зона-зонным [5] В.А. Холоднов. Письма ЖЭТФ, 67(9), 655 (1998).

и примесным излучением. Причина возникновения эф[6] A.G. Milnes. Deep Impurities in Semiconductors (J. Wiley фектов связана с уменьшением на несколько порядков & Sons, N. Y.–London–Sydney–Toronto, 1973).

концентрации равновесных основных носителей заряда с [7] J.S. Blakemore, C.E. Sarver. Phys. Rev., 173, 767 (1968).

ростом концентрации глубоких центров. Показано, что [8] G.K. Wertheim. Phys. Rev., 109, 1086 (1958).

температурная зависимость равновесной концентрации [9] J.D. Arora, P.C. Mathur. J. Appl. Phys., 52(5), 3646 (1981).

точно компенсированного полупроводника, Nd = Nt, [10] D.J. Roulston, N.D. Arora, S.C. Chamberlain. IEEE Trans.

сильно отличается от аналогичной зависимости неком- Electron. Dev., 29(2), 284 (1982).

2 Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 916 С.Ж. Каражанов [11] P.P. Altermatt, J. Schmidt, G. Heiser, A.G. Aberle. J. Appl.

Phys., 82, 4938 (1997).

[12] К.В. Шалимова. Физика полупроводников (М., Энергоатомиздат, 1985).

[13] А.Н. Марченко. Управляемые полупроводниковые резисторы (М., Энергия, 1978).

[14] M.J. Keevers, M.A. Green. J. Appl. Phys., 75(8), 4022 (1994).

[15] К.С. Аюпов, Н.Ф. Зикриллаев. ДАН РУз, N 8–9, 41 (1992).

Редактор Л.В. Шаронова Properties of precisely compensated semiconductors S.Zh. Karazhanov Physicotechnical Institute, 700084 Tashkent, Uzbekistan Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.