WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |
Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 10 УДК 621.315.592 Модифицирование свойств Hg1-xCdxTe низкоэнергетичными ионами Об з о р ¶ © К.Д. Мынбаев, В.И. Иванов-Омский Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получен 24 июля 2002 г. Принят к печати 30 октября 2002 г.) Приводится обзор литературы по модифицированию свойств твердых растворов HgCdTe и родственных им ртутьсодержащих материалов при обработке поверхности пучками ионов низких энергий (60-2000 эВ).

Проведен анализ условий возникновения эффекта инверсии типа проводимости в p-материале, дозовой и временной зависимости глубины залегания инвертированного слоя. Рассмотрено также изменение электро физических свойств материала n-типа проводимости при воздействии на поверхность пучком ионов. Рассмотрены предложенные к настоящему времени механизмы инверсии типа проводимости при низкоэнергетичной ионной обработке HgCdTe, как вакансионно-легированного, так и легированного акцепторными примесями.

Дан обзор свойств p-n-переходов, созданных данным методом, а также проанализированы электрические и фотоэлектрические параметры фотоприемников инфракрасного излучения на основе HgCdTe, созданных низкоэнергетичной ионной обработкой. Рассмотрены примеры оригинальных приборных структур, созданных данным методом.

1. Введение приборов при недостаточной чистоте исходных материалов. Эти проблемы, по крайней мере отчасти, разБлагодаря своим уникальным физическим свойствам решимы при помощи современной технологии, однако твердые растворы теллуридов кадмия-ртути себестоимость высококачественного материала при этом Hg1-x CdxTe (в русскоязычной литературе — многократно возрастает. В связи с этим в последнее CdxHg1-x Te, КРТ) на сегодняшний день остаются время КРТ испытывает все более сильную конкуренцию основным материалом инфракрасной (ИК) оптоэлектро- со стороны материалов AIIIBV [3], для которых технология как роста, так и послеростовой обработки более ники [1,2]. Изменением состава твердого раствора (x) развита. В частности, альтернативой ИК приемникам возможно получение КРТ с шириной запрещенной на основе узкощелевых сплавов КРТ, в которых дезоны Eg от 0 до 1.6 эВ, при этом различие в постоянных тектирование падающего излучения осуществляется за решетки между CdTe (Eg = 1.6эВ) и CdxHg1-x Te с счет межзонных переходов, становятся фотоприемники x = 0.2 (Eg = 0.1эВ) составляет всего 0.2%. Очевидно, что такая возможность управления величиной Eg на основе квантовых ям на полупроводниках AIIIBV, например GaAs/AlGaAs, где детектирование происходит позволяет создавать многоцветные приемники ИК за счет межподзонных оптических переходов в ямах.

излучения на основе одного материала. Высокая Другим вариантом исполнения ИК фотоприемников на подвижность электронов в КРТ делает возможным материалах AIIIBV служат приборы на квантовых точках создание весьма быстродействующих приборов.

в соединениях (In, Ga) As/GaAs, использующие оптичеОсновной проблемой сплавов КРТ была и остается ские переходы между связанными состояниями в кванпроблема их технологии. Разумеется, отсутствие зависитовых точках [4]. Кроме того, детекторы ИК излучения мости постоянной решетки от состава твердого раствора создаются с использованием напряженных сверхрешеток технологически является весомым преимуществом КРТ II рода на основе InAs/GaInSb.

перед любым другим материалом. Однако получение Тем не менее во многих областях ИК техники на высококачественного КРТ связано с большими трудносегодняшний день КРТ по-прежнему лидирует как матестями и является весьма дорогостоящим делом. Слабая риал для приемников излучения [5]. Это обусловливает химическая связь Hg-Te обусловливает наличие больпродолжающийся поиск новых приборных технологий шого числа собственных дефектов, влияющих на свойдля КРТ, а конкуренция со стороны материалов AIIIBV ства материала. Малая величина Eg, необходимая для лишь стимулирует этот процесс.

изготовления фотоприемников дальнего ИК излучения, Низкий энергетический порог образования собственсоздает проблемы с обеспечением стабильного поведеных дефектов в КРТ, с одной стороны, затрудняет ния поверхности материала и интерфейсов в приборных применение для этого материала традиционных метоструктурах. Кроме того, для узкощелевых полупроводнидов получения заданных электрофизических свойств.

ков, каковыми являются сплавы КРТ с малым x, харакС другой стороны, легкость генерации собственных терен существенный вклад безызлучательных процессов дефектов делает возможным управление электрофизирекомбинации, что существенно ухудшает параметры ческими свойствами КРТ только за счет изменения ¶ E-mail: mynkad@mail.ioffe.ru концентрации таких дефектов, без введения приме1 1154 К.Д. Мынбаев, В.И. Иванов-Омский сей. В настоящее время считается, что электрические Таблица 1. Параметры ионно-лучевого травления при исследовании эффекта инверсии типа проводимости в КТР свойства нелегированных кристаллов и эпитаксиальных слоев КРТ определяются вакансиями ртути (акцепторами) и остаточными донорными примесями [6]. Так, Энергия Плотность Время, Температура Ссылка ионов, эВ тока, мА/см2 мин держателя p-тип проводимости нелегированного КРТ обусловлен вакансиями ртути VHg, причем концентрация их может 500-2000 0.2-1 Водяное [16] быть изменена термообработкой в достаточно широких охлаждение пределах — от 1015 до 1018 см-3 (такой материал стали 100-150 0.5-0.8 50C [17] называть вакансионно-легированным). Это делает спла1200-1800 0.06-0.32 1-30 Без охлаждения [18] вы КРТ привлекательными для инженерии дефектов, 60-800 0.05-0.20 20 Без охлаждения [19] развивающейся сейчас в технологии полупроводниковых 750 0.3-1 30 50C [20] материалов.

Низкоэнергетичная ионная обработка (НИО) широ- 700 0.14, 0.54 0.25-10 Водяное [21,22] охлаждение ко используется в технологии полупроводниковых приборов. Низкоэнергетичными здесь считаются ионы с 1800 0.05 2 [23] энергиями до E = 2000 эВ, и результат их воздействия на материал, как правило, отличается от результатов облучения ионами больших энергий (ионная имплантация, радиационно-стимулированная диффузия и т. п.).

В 1987 г. появилась публикация по более детальному НИО применяется, в частности, при ионно-лучевом и исследованию инверсии в КРТ при ИЛТ [15]. В этой плазменном травлении. Эти методы травления являютработе исследовалось образование p-n-переходов при ся более „технологичными“, чем обычное химическое бомбардировке КРТ ионами аргона с энергией 1 кэВ травление (ХТ). Кроме того, сухое ионное травление и дозами от 1012 до 1014 см-2. Экспериментальная анизотропно. Оно используется для формирования призависимость числа аннигилировавших вакансий (акцепборных структур на КРТ [7–9], а также для очистки торов) VmNa, где Vm — объем инвертированного маповерхности материала [10,11]. Уже на ранних стадиях териала, Na — концентрация акцепторов, от дозы обиспользования НИО для травления КРТ выяснилось, лучения была линейной. Формирование p-n-переходов однако, что при НИО материала p-типа проводимости подтверждалось данными электронной микроскопии в может происходить инверсия в n-тип [12].

режиме измерения тока, наведенного электронным лучом (ТНЭЛ).

2. Инверсия типа проводимости В работе [16] эффект инверсии типа проводимости исследовался не только на монокристаллах и эпитаки образование p-n-переходов сиальных слоях КРТ, но и на кристаллах HgMnTe 2.1. Ионно-лучевое травление КРТ и HgZnTe (замещение атомов Cd атомами Mn и Zn в решетке имеет целью усилить слабую химическую При использовании ионно-лучевого травления (ИЛТ) связь Hg-Te и получить более стабильный материал).

для КРТ было обнаружено, что подобная обработка Параметры пучка ионов аргона, использованного в этих может создавать инверсный слой на поверхности КРТ экспериментах, приведены в табл. 1. Было установлено, p-типа проводимости. Поначалу к этому относились что протяженность области инверсии уменьшается в лишь как к побочному эффекту, затрудняющему примеряду HgCdTe-HgMnTe-HgZnTe, а также с увеличением нение НИО в технологии КРТ. Однако в 1981 г. этот концентрации акцепторов в исходном материале. Отме„побочный эффект“ был запатентован в качестве метода чалось, что в случае HgZnTe инверсия имела место лишь создания p-n-перехода [13]. Были проведены исследопри использовании материала с относительно низкой вания зависимости протяженности области инверсии от исходной концентрацией акцепторов (< 5 · 1016 см-3).

энергии ионов, плотности тока и времени облучения, Параметры материала после ИЛТ были аналогичны и было установлено, что эта глубина многократно параметрам, получаемым в результате термического отпревышает величину пробега ионов и может достижига (так, концентрация электронов после ИЛТ составгать сотен микрометров. Зависимость протяженности ляла, независимо от предыстории образца, 3 · 1015 см-области инверсии от плотности тока ионов была близка при T = 77 K).

к корневой, а от времени облучения — к линейной.

Аналогичные выводы были сделаны и в работе [24], Формирование p-n-перехода (т. е. факт инверсии) подгде исследовалось влияние ИЛТ на твердые растворы тверждалось возникновением типичной диодной вольтHg1-xZnx Te c x = 0.15. Свойства обработанного матеамперной характеристики (ВАХ).

риала практически не зависели от параметров обработВ 1985 г. метод получил свое развитие в патенте [14], где были использованы одновременно эффекты травле- ки. Области инверсии в HgZnTe оказались меньше, чем ния и инверсии типа проводимости для создания на в КРТ при тех же условиях ИЛТ, что указывает, по основе КРТ фотодиодов, сопряженных с кремниевым мнению авторов, на более высокую стабильность связей устройством считывания сигнала. в цинксодержащем твердом растворе.

Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. Модифицирование свойств Hg1-xCdx Te низкоэнергетичными ионами Весьма детальное исследование инверсии в КРТ, подвергнутом ИЛТ, было проведено в работе [17].

Изучались результаты воздействия коллимированного пучка нейтрализованных ионов аргона с параметрами, приведенными в табл. 1, на монокристаллы КРТ, полученные твердотельной рекристаллизацией. Такие кристаллы с 0.2 < x < 0.3 имели как p-тип (при 77 K концентрация дырок p =(0.6-5) · 1016 см-3, подвижность µp = 400-800 см2/В · с), так и n-тип проводимости. В последнем случае воздействию подвергались как обычные по параметрам образцы (при 77 K концентрация электронов n =(0.5-2) · 1015 см-3, подвижность µn =(1-2) · 105 см2/В · с), так и специально отобранные кристаллы с высокой степенью компенсации (µn < 6 · 104 см2/В · с).

Рис. 1. Распределение носителей заряда по глубине эпиБыло установлено, что в образцах p-типа проводитаксиальных слоев КРТ, подвергнутых ИЛТ. Na-Nd, см-3:

мости ИЛТ приводит к образованию n-слоя толщиной 1 —2 · 1017, 2 —5 · 1015 [25]. Видно образование в результате более 10 мкм. Этот слой был неоднороден по своим ИЛТ трехслойной n+-n-p-структуры.

характеристкам: концентрация электронов n в приповерхностной области (1-2 мкм толщиной) на порядок превышала величину n в глубине инверсного слоя, равную (1-4) · 1015 см-3. На этом основании был сде- инверсии независимо от дозы облучения не превышалан вывод о том, что сам образующийся в результате ла 0.5 мкм. Такая же тонкая (< 0.5мкм) инверсионная ИЛТ n-слой содержит: а) приповерхностную область, область образовывалась в результате ИЛТ эпитаксиальгде доминируют эффекты радиационного воздействия ных слоев составов с x > 0.2 (исследовались образцы с ионов, и б) „объемную“ область, где эффект инверсии x = 0.30, 0.45, 0.51 и 0.58, Na-Nd =(2-5) · 1016 см-3);

проявляется в „чистом“ виде.

инверсии на большие глубины в этих сплавах не было.

Инверсия типа проводимости в эпитаксиальных слоях Приведенные результаты были позже подтверждены КРТ p-типа, подвергнутых ИЛТ, исследовалась в рабо- теми же авторами в работе [18]. В [18] для ИЛТ испольте [25]. Слои были выращены жидкофазной эпитакси- зовались образцы p-типа проводимости с исходными ей (ЖФЭ) из растворов, обогащенных теллуром, и име- параметрами, аналогичными приведенным выше, а также ли состав с x = 0.2-0.6, концентрацию нескомпенси- образцы n-типа с исходной концентрацией электронов рованных акцепторов Na-Nd =(5-400) · 1015 см-3. Тол- при 77 K n =(1-6) · 1014 см-3, полученные в результащина слоев составляла 30 мкм. Они были подвергнуты те послеростового отжига в насыщенных парах ртути ИЛТ ионами Ar+ с энергией 1.2 кэВ и дозами от при 250C. ИЛТ осуществлялось пучком ионов Ar+ с до 1018 см-2.

параметрами, указанными в табл. 1.

Было обнаружено, что в образцах с x 0.2 ИЛТ Вновь из всех исследованных составов приводило к инверсии проводимости приповерхностного (x = 0.20-0.60) инверсия типа проводимости слоя в n-тип на глубины до нескольких десятков микро- наблюдалась только для образцов с x = 0.20-0.метров. Глубина залегания p-n-перехода h нелинейно и Na-Nd 2 · 1017 см-3. Глубина области инверсии h возрастала с увеличением дозы облучения и уменьша- была пропорциональна квадратному корню из времени лась с увеличением Na-Nd. Полученный в результате обработки t и обратно пропорциональна (Na-Nd)1/2.

инверсии n-слой был неоднородным, как следовало из Эти зависимости представлены на рис. 2 (точки 1) профилей распределения электронов в эпитаксиальных и рис. 3 соответственно. Зависимости h от состава слоях по глубине d после ИЛТ. Типичные профили твердого раствора в данном случае обнаружено не распределения концентраций электронов (n) и дырок (p) было.

для двух образцов с разной исходной величиной Na-Nd Зависимость от состава, однако, была обнаружена в представлены на рис. 1. Эти зависимости были получены еще более поздней работе этих авторов [19]. Был исслев результате расчета „дифференциальных“ (в страв- дован эффект инверсии типа проводимости в эпитаксиленном слое) значений коэффициента Холла RH по альных слоях КРТ с 0.28 x 0.55 и ZnxCdy Hg1-x-yTe гладким кривым, аппроксимирующим эксперименталь- различных составов при ИЛТ пучком нейтрализованных ные значения. Видно, что n вначале линейно убывает от ионов Ar с энергией от 60 до 800 эВ и плотностью тока поверхности, а далее имеет постоянное значение вплоть от 0.05 до 0.2 мА/см2 (см. табл. 1). Время обработки содо фронта инверсии, т. е. ИЛТ приводит к образова- ставляло 20 мин. Инверсия в n-тип наблюдалась только нию n+-n-p-структуры. Толщина переходной области для составов с x 0.39. Зависимость h от состава тверубывания n у поверхности могла достигать 2 мкм. При дого раствора (от x) для образцов КРТ, обработанных ИЛТ образцов с Na-Nd 4 · 1017 см-3 глубина области ионами в одном и том же режиме, приведена на рис. 4.

1 Физика и техника полупроводников, 2003, том 37, вып. 1156 К.Д. Мынбаев, В.И. Иванов-Омский Для Znx CdyHg1-x-yTe явной зависимости h ни от x и y, ни от Eg не наблюдалось. Величина h для указанных режимов лежала в диапазоне 7-15 мкм.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 9 |



© 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.