WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 8 Собственная фотопроводимость в тонких эпитаксиальных пленках дисилицида хрома © Н.Г. Галкин, А.В. Конченко, А.М. Маслов Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук, 690041 Владивосток, Россия (Получена 3 декабря 1996 г. Принята к печати 28 января 1997 г.) Исследованы спектральная и интегральная фотопроводимость в эпитаксиальных пленках дисилицида хрома на кремнии толщиной 1000 в диапазоне энергий 0.51.6 эВ при комнатной температуре. Обнаружено, что максимум фотопроводимости наблюдается при энергии фотонов 1.23 эВ, что соответствует области третьего межзонного перехода в дисилициде хрома с энергией 0.9 0.95 эВ. Пронализированы возможные причины слабого сигнала фотопроводимости в области края основного поглощения.

Дисилициды переходных металлов, обладающие полу- фотопроводимость в диапазоне энергий 0.50 0.83 эВ проводниковыми свойствами, (CrSi2, -FeSi2, MnSi1.73, (область пропускания интерференционного светофильReSi2) вызывают интерес как перспективные матери- тра) была обнаружена для эпитаксиальных пленок диалы для кремниевой планарной технологии. Много силицида хрома различных толщин 300 2000. При внимания было уделено вопросам гетероэпитаксии на увеличении тока накала галогеновой лампы (JL) великремнии [1,2], электрическим [3,4] и оптическим свой- чина фототока (Iph) нелинейно возрастает (рис. 1, b).

ствам [4,5–7]. Однако фотоэлектрические свойства были Поскольку толщина исследуемых пленок была достаисследованы лишь для тонких поликристаллических пле- точно малой, небольшая часть потока фотонов с энернок дисилицида железа [5]. гиями 0.9 1.1 эВ проходила в кремниевую подложку В данной работе приведены первые результаты иссле- (рис. 2, a, кривая 4), что могло вызвать фотопроводования собственной фотопроводимости в тонких эпи- димость в кремнии. Для контроля возможного вклада таксиальных пленках дисилицида хрома (CrSi2) A-типа кремния в сигнал фотопроводимости системы CrSi2/Si на кремниевых подложках Si (111) и установлена взаи- спектр фотопроводимости чистой кремниевой подложки мосвязь с зонной энергетической структурой CrSi2 по был также зарегистрирован (рис. 1, a, кривая 2). Так данным теоретических расчетов из первых принципов и с как формы кривых для кремния и системы CrSi2/Si экспериментальной зависимостью коэффициента погло- достаточно похожи, были проведены дополнительные щения от энергии, полученной из расчетов спектров по- эксперименты. Спектральные зависимости фотопроводиглощения и отражения системы эпитаксиальная пленка мости кремния и эпитаксиальной пленки дисилицида CrSi2 – подложка Si. хрома на кремнии зарегистрировались с использованием Эпитаксиальные пленки CrSi2 (0001) A-типа на чистой пластины высокоомного (150 Ом · см) кремния Si (111) были выращены по методу затравочного в качестве светофильтра перед образцами (рис. 2, a, слоя [2] с доращиванием методом молекулярно-лучевой кривые 1 и 2). Видно, что наблюдается смещение эпитаксии из двух источников в вакууме при остаточном максимумов фоточувствительности Si и пленки CrSi2 на давлении 3 · 10-9 Тор [4]. Спектральные зависимости кремнии. Пропускание (T ) кремниевого светофильтра фотопроводимости и интегральная фотопроводимость также показано на рис. 2, a (кривая 4). Максимум эпитаксиальных слоев CrSi2 регистрировались при фотопроводимости кремния в такой схеме регистрации комнатной температуре на тестовых структурах с сигнала расположен при энергии фотонов 1.07 эВ, когда двумя токовыми и двумя потенциальными омическими пропускание светофильтра уменьшается только на 5% контактами с использованием галогеновой лампы, от максимума (рис. 2, a, кривые 2 и 4). Максимум монохроматора МДР-3 с осветительной системой, фотопроводимости эпитаксиальной пленки CrSi2 на Si системы модуляции и синхронизации световых пучков, наблюдается при 1.14 эВ, когда пропускание кремниевого Ge- и Si-фотодиодов, интерференционного и кремниевого светофильтра уменьшается на 29% (рис. 2, a, кривые светофильтров, синхронного усилителя с детектором и и 4). Следовательно, спектральная фоточувствительграфопостроителя. ность эпитаксиальной пленки CrSi2 выше при более выСпектральная зависимость собственной фотопроводи- соких энергиях по сравнению с фоточувствительностью мости ph эпитаксиальной пленки CrSi2 A-типа толщи- чистой кремниевой подложки. Поглощение кремниевого ной 1000 показана на рис. 1, a (кривая 1). Фо- светофильтра (рис. 2, a, кривая 4) значительно меньше топроводимость начинает возрастать при энергиях фо- поглощения пленки CrSi2/Si (рис. 2, a, кривая 3) при тех тонов выше 1.0 эВ, проходит два максимума (слабый же энергиях (1.0 1.2эВ), вычисленного из спектров при 1.1 эВ и сильный при 1.23 эВ) и затем уменьшается пропускания и отражения, поэтому интенсивность света, при энергиях фотонов выше 1.3 эВ. Попытки спектраль- достигшего кремниевой подложки после прохождения но разрешить сигнал фотопроводимости при энергиях пленки CrSi2, также мала. Таким образом, вклад кремменьше 1.0 эВ не имели успеха. Однако интегральная ниевой подложки в сигнал фотопроводимости в системе 970 Н.Г. Галкин, А.В. Конченко, А.М. Маслов Рис. 1. a — спектры фотопроводимости ph эпитаксиальной пленки дисилицида хрома на кремнии (1) и высокоомной кремниевой подложки (2) при комнатной температуре. b — зависимость интегрального фототока (Iph) эпитаксиальной пленки дисилицида хрома на кремнии в диапазоне энергий 0.500.83 эВ от тока накала галогеновой лампы (JL).

Рис. 2. a — спектры фотопроводимости ph (1, 2) и пропускания T (3, 4) эпитаксиальной пленки дисилицида хрома на кремнии (1, 3) и высокоомной кремниевой подложки (2, 4) с использованием кремниевого светофильтра. b — спектральная зависимость коэффициента поглощения эпитаксиальной пленки дисилицида хрома.

CrSi2/Si является очень малой величиной и может быть Спектральная зависимость коэффициента поглощения заметным только при энергиях фотонов ниже 1.07 эВ. эпитаксиальной пленки CrSi2, рассчитанная с использоСледовательно, наблюдаемая спектральная зависимость ванием двухслойной модели [8], представлена на рис. 2, b.

фотопроводимости системы CrSi2/Si (рис. 1, a, кривая 1) Особенностью зонной энергетической структуры эпиопределяется в основном вкладом эпитаксиальной плен- таксиальной пленки CrSi2 является наличие трех пряки CrSi2. мых межзонных переходов 0.34, 07 и 0.9 эВ [4,8], что Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Собственная фотопроводимость в тонких эпитаксиальных пленках дисилицида хрома не наблюдается обычно в полупроводниках групп AIV, энергий 0.6 0.8 эВ. В предварительных экспериментах AIIIBV и AIIBVI [9]. Для эпитаксиальной пленки CrSi2 на эпитаксиальных пленках дисилицида хрома толщиA-типа также характерны пониженная комбинированная ной от 2000 до 8000 было обнаружено смещение плотность состояний в области фундаментального погло- основного максимума фотопроводимости в область энерщения по сравнению с плотностью состояний, дающей гий 1.18 1.12 эВ.

вклад в межзонные переходы при 0.7 и 0.9 эВ [8], и Таким образом, спектральный диапазон собственной узкий энергетический диапазон перехода (0.3 1.3эВ) фотопроводимости эпитаксиальных пленок CrSi2 A-типа от минимальной комбинированной плотности состояний на Si (111) толщиной 1000 охватывает диапазон энерк максимальной [7,8]. гий фотонов от 0.5 до 1.6 эВ, а в формировании сигнала Теоретические расчеты зонной энергетической струк- фотопроводимости участвуют первых три прямых межтуры CrSi2 из первых принципов в различных при- зонных перехода с энергиями 0.34, 0.7 и 0.9 эВ, которым ближениях предсказывают формирование непрямого соответствует постепенное повышение комбинированфундаментального межзонного перехода с большим ной плотности состояний [8]. Наблюдаемый сдвиг максиразбросом энергий Eg = 0.21 0.38 эВ и второго мума фоточувствительности в область энергий третьего прямого межзонного перехода в диапазоне энергий межзонного перехода можно объяснить малой толщиE2 = 0.39 0.47 эВ [7,10,11]. Кроме того, по данным ной исследуемых пленок и особенностями спектральтеоретических расчетов из первых принципов одной из ной зависимости плотности комбинированных состояний работ [12] в CrSi2 должен наблюдаться прямой межзон- в эпитаксиальных пленках дисилицида хрома. Учитыный переход при энергии 0.250.26 эВи второй прямой вая участие прямых межзонных переходов в процессе переход при энергии E2 = 0.48 0.49 эВ. Однако спектр фотопроводимости, можно предположить возможность отражения CrSi2, рассчитанный из данных теоретических реализации излучательных переходов в эпитаксиальных расчетов [7], сильно отличается от спектров отражения пленках дисилицида хрома.

монокристаллов CrSi2 [7], поликристаллических [6,7] и Работа выполнена при поддержке Российского фонэпитаксиальных [8] пленок. Следовательно, теоретичеда фундаментальных исследований (грант № 96-02ские расчеты из первых принципов дают в настоящее 16038-a).

время достаточно противоречивые данные об основных межзонных переходах в зонной энергетической структуСписок литературы ре CrSi2 и не могут быть уверенно использованы при интерпретации спектральной зависимости фотопроводи[1] J.M. Gay, P. Stocker, F. Rethore. J. Appl. Phys., 73, мости.

(1993).

В условиях малой толщины пленки CrSi2 и быстрого [2] N.I. Plusnin, N.G. Galkin, V.G. Lifshits. Sufr. Rev. Lett., 2, возрастания комбинированной плотности состояний в (1995).

диапазоне энергий переходов 0.34 1.3эВ [7,8] следует [3] F. Nava, T. Tien, K.N. Tu. J. Appl. Phys., 57, 2018 (1985).

ожидать смещение максимумов фоточувствительности в [4] N.G. Galkin, T.V. Velitchko, S.V. Skripka, A.B. Khrustalev.

область более высоких энергий [13]. Подобная картина Thin Sol. Films, 280, 211 (1996).

наблюдалась для спектральных зависимостей фотопрово[5] M.C. Bost, J.E. Mahan. J. Vac. Sci. Technol. B, 4, 1336 (1986).

димости в тонких поликристаллических пленках -FeSi2 [6] M.C. Bost, J.E. Mahan. J. Appl. Phys., 63, 839 (1988).

[7] V. Bellani, G. Guizzetti, F. Marabelli, A. Piaggi, A. Borghesi, на Si [5], когда длинноволновый край фотопроводимости F. Nava, V.N. Antonov, Vl.N. Antonov, O. Jepsen, O.K. Anнаходился при 1.0 эВ, а максимум фотопроводимости dersen, V.V. Nemoshkalenko. Phys. Rev. B, 46, 9380 (1992).

при 1.35 эВ. При этом ширина запрещенной зоны -FeSi[8] N.G. Galkin, A.M. Maslov, A.V. Konchenko. Thin Sol. Films составляет 0.87 эВ [5], а длинноволновому краю фо(1997) (to be published).

топроводимости соответствует значение коэффициента [9] Т. Мосс, Г. Баррел, Б. Эллис. Полупроводниковая оптопоглощения = 1 · 105 см-1. Для эпитаксиальной электроника (М., Мир, 1976).

пленки CrSi2 максимум спектральной чувствительности [10] L.F. Matheiss. Phys. Rev. B, 43, 1863 (1991).

находится при 1.23 эВ, что соответствует коэффициенту [11] M.P.C. Krijn, R. Eppenda. Phys. Rev. B, 44, 9042 (1991).

поглощения 4 · 105 см-1 (рис. 2, b). При толщине [12] В.Е. Борисенко, Л.И. Иваненко, С.Ю. Никитин. Микропленки CrSi2 d = 1000 (или 1 · 10-5 см) величина электроника, 21, 69 (1992).

d = 4, что не противоречит условию наблюдения [13] J.N. Humphrey. Appl. Optics, 4, 665 (1965).

максимумов фотопроводимости для полупроводников Редактор Л.В. Шаронова d 1 [9]. Интегральная фоточувствительность эпитаксиальной пленки CrSi2 в области энергий 0.50 0.83 эВ (рис. 1, b) подтверждает возникновение слабого сигнала фотопроводимости в области энергий, близких к краю собственного поглощения (Eg = 0.34 эВ). При увеличении толщины эпитаксиальных пленок CrSi2 на Si до (1 3) · 10-4 см можно ожидать смещение максимума спектральной фоточувствительности в область Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 972 Н.Г. Галкин, А.В. Конченко, А.М. Маслов Intrinsic photoconductivity in thin epitaxial chromium disilicide films N.G. Galkin, A.V. Konchenko, A.M. Maslov Institute of Automation and Control Processes, Far Easten Department of Russian Academy of Sciences, 690041 Vladivostok, Russia

Abstract

Spectral and integral photoconductivities in the epitaxial chromium disilicide films, that were grown on silicon substrates, have been studied in the photon energy range of 0.5 1.6eV.

The photoconductivity maximum, observed at 1.23 eV, corresponds to the third direct interband transition in chromium disilicide at 0.9 0.95 eV. The possible reasons of the weak photoconductivity signal in the region of fundamental absorption edge were analyzed.

Fax:(4232) E-mail: srn@iapu. marine.su Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №




© 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.