WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 10 Влияние низкотемпературного отжига на электрофизические параметры пленок n-CdHgTe © П.А. Бахтин, С.А. Дворецкий, В.С. Варавин¶, А.П. Коробкин, Н.Н. Михайлов, И.В. Сабинина, Ю.Г. Сидоров Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия (Получена 8 января 2004 г. Принята к печати 26 февраля 2004 г.) Проведено исследование влияния низкотемпературного изотермического отжига на электрофизические параметры пленок CdxHg1-x Te (KPT). Пленки с составом x = 0.21-0.23 и n-типа проводимости были выращены методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках GaAs. Отжиги проводились в интервале температур 90-230C и длительностью 1–1000 ч. Изменения проводимости, коэффициента Холла и времени жизни неосновных носителей при отжиге объясняются образованием вакансий ртути и выходом атомов ртути из образца. Исследовано влияние различных защитных покрытий на скорость изменения электрофизических параметров пленок КРТ. Наиболее эффективным покрытием, стабилизирующим параметры пленок n-типа, оказался анодный оксид. Анализ зависимостей эффекта Холла и проводимости от магнитного поля показал, что наблюдаемые при отжиге изменения параметров можно описать в рамках двухслойной модели с двумя типами электронов: с высокой и низкой подвижностью.

1. Введение 2. Результаты и обсуждение В данной работе исследовались пленки КРТ, выраТвердый раствор CdxHg1-x Te (КРТ), ширина запрещенные методом МЛЭ на подложках GaAs [4]. На подщенной зоны которого может изменяться в широких ложках выращивались буферные слои CdTe толщиной пределах с помощью изменения состава, является основ5–7 мкм, а затем пленки КРТ, состоящие из рабочего ным материалом для производства инфракрасных фослоя толщиной 8–10 мкм с x = 0.21-0.23 и тонких топриемников на длины волн 3–5 и 8–12 мкм. Совер(0.5–1.5 мкм) варизонных слоев у поверхности пленки шенствование технологии получения узкозонных полус увеличением x до 0.5 к поверхности пленки. После проводников и разработка целого ряда конструкций фовыращивания пленки имеют проводимость электронного торезисторов и фотодиодов позволили создать приборы типа. На часть образцов были нанесены защитные слои высшего качества. Поэтому наряду с дальнейшим улучанодного оксида (толщиной 0.025–0.1 мкм), теллурида шением параметров приборов на первый план сейчас кадмия (толщиной 0.1–0.3 мкм) и диэлектрика (толвыдвигаются проблемы, связанные с их воспроизводимощиной 0.3 мкм). В качестве диэлектрика применялось стью и стабильностью. Известно, что электрофизические многослойное покрытие, содержащее слои ZnS и CdTe параметры материала КРТ, в первую очередь концени нанесенное с помощью напыления в вакууме. Анодтрация носителей заряда и тип проводимости, изменяный оксид наносился электрохимическим способом из ются при различных термообработках. Эти изменения электролита на основе КОН. Тонкие слои теллурида связываются с испарением ртути с поверхности образца, кадмия выращивались в едином процессе в конце роста что приводит к генерации вакансий, диффундирующих пленки КРТ.

в глубь образца. Кроме того, окислительные процессы Отжиги при температурах Tann = 120-230C провооказывают существенное влияние на электрофизичедились в атмосфере гелия, а отжиг при 90C как в ские свойства поверхностных слоев полупроводника, что атмосфере гелия, так и на воздухе, что не оказало влиприводит к ухудшению параметров готовых приборов.

яния на результаты отжигов. Измерения проводимости Поэтому интенсивно разрабатываются методы создания и коэффициента Холла RH проводились методом Вандиэлектрических покрытий для защиты поверхности дер-Пау при температуре 77 K в диапазоне магнитных узкозонных полупроводников. Для защиты приборов на полей 0–1 Тл на образцах размером примерно 1 1см2.

основе КРТ наиболее широко используются сульфид Типичные изменения параметров пленок от времени цинка [1], теллурид кадмия [2] и анодный оксид (АО) [3].

отжига при Tann = 90C показаны на рис. 1–4. ЭффекЦель данной работы — исследование изменений элек- тивные значения концентрации (1/|qRH|), где q —заряд трофизических параметров пленок КРТ n-типа проводи- электрона, и подвижности (| RH|) определялись при вемости, выращенных методом молекулярно-лучевой эпи- личине магнитного поля B = 0.05 Тл. Образцы 1–3 были вырезаны из одной эпитаксиальной структуры (№ 1), таксии (пленки КРТ-МЛЭ), в зависимости от времени образец 4 с покрытием CdTe — из другой (№2).

и температуры отжига, а также выяснение влияния Видно, что во всех образцах, кроме образца с покрызащитных покрытий на скорость изменения параметров тием АО, происходит заметное уменьшение проводимопленок КРТ-МЛЭ при низкотемпературном отжиге.

сти и эффективной подвижности с увеличением времени ¶ E-mail: varavin@isp.nsc.ru отжига. Сильнее всего проводимость уменьшается в 1208 П.А. Бахтин, С.А. Дворецкий, В.С. Варавин, А.П. Коробкин, Н.Н. Михайлов, И.В. Сабинина...

Рис. 4. Зависимости времени жизни несновных носителей Рис. 1. Зависимости проводимости от времени отжига для заряда от времени отжига. Символы 1–4 — то же, что и на образцов: 1 — с анодным оксидом, 2 — без покрытия, рис. 1.

3 — с диэлектриком, 4 — с CdTe. Образцы 1–3 вырезаны из эпитаксиальной структуры № 1, образец 4 — из структуры № 2. Tann = 90C.

образце без покрытия, а в меньшей степени — в образцах с диэлектриком и CdTe. Кроме того, для образцов без покрытия и с диэлектриком несколько снижается величина эффективной концентрации (рис. 2). Наименьшие изменения параметров наблюдаются в образцах с нанесенным анодным оксидом.

Параметры электронов До отжига После отжига n1, см-3 2.2 · 1014 7.0 · n2, см-3 4.2 · 1014 3.0 · µ1, см2/(В · с) 120000 µ2, см2/(В · с) 8000 Примечание. n1 и n2 — концентрации электронов с высокой (µ1) и низкой (µ2) подвижностью. Tann = 90C.

Рис. 2. Зависимости концентрации носителей (величины 1/|qRH|) от времени отжига. Символы 1–4 — то же, что и Для того чтобы выяснить причину наблюдаемых изна рис. 1.

менений параметров, дополнительно проводился анализ зависимостей проводимости и коэффициента Холла от магнитного поля с учетом нескольких типов носителей заряда в соответствии с работами [5–7]. Нами было показано, что в пленках КРТ-МЛЭ n-типа зависимости от магнитного поля можно объяснить присутствием двух типов электронов: с высокой (около 105 см2/(В · с)) и низкой (около 104 см2/(В · с)) подвижностью [8]. При этом анализ измерений при послойном травлении показал, что малоподвижные электроны локализованы в тонком (0.1–0.2 мкм) приграничном слое КРТ у гетероперехода. Используя данную двухслойную модель для описания зависимостей от магнитного поля B в образцах до и после отжига, были получены параметры двух типов электронов (см. таблицу), типичные для образцов без защитного покрытия. Подгонка расчетных зависимостей к экспериментальным данным осуществляРис. 3. Зависимости холловской подвижности (| RH|) от лась так, чтобы получить максимальное соответствие времени отжига. Символы 1–4 — то же, что и на рис. 1.

одновременно для обеих зависимостей — (B) и RH(B).

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Влияние низкотемпературного отжига на электрофизические параметры пленок n-CdHgTe раметров на рис. 1–3 и в таблице (отжиг при 90C) можно объяснить с помощью двухслойной модели, если предположить, что концентрация дырок за счет генерации вакансий ртути составляет около 1.5 · 1014 см-3.

Эта величина близка к расчетному значению (около 1014 см-3). Близкие к этому значения получены также в расчетах [10]. Как видно из рис. 5, при комнатной температуре равновесная концентрация дырок за счет генерации вакансий мала (около 3 · 1013 см-3), что не может приводить к заметному изменению параметров исследованных пленок КРТ.

Наличие АО на поверхности образцов, как было показано выше, стабилизирует их электрофизические параметры при низкотемпературном отжиге (90C). СпомоРис. 5. Расчетная зависимость равновесной концентрации ды- щью отжигов в диапазоне температур 140-160C было рок от температуры отжига [9], экстраполированная в область установлено, что время начала изменения параметров низких температур.

пропорционально толщине АО, а скорость изменения параметров не зависит от толщины. Такое действие АО мы объясняем тем, что АО может являться резервуаром ртути, из которого она диффундирует в глубь образца и Как видно из таблицы, подвижность высокоподвижных заполняет образующиеся при отжиге вакансии, а тонкие электронов не изменяется, а их концентрация в рабочем слои CdTe и диэлектрика лишь в некоторой степени слое пленки снижается в несколько раз после отжига.

замедляют выход атомов ртути из образца.

Параметры низкоподвижных электронов в указанных режимах отжига изменяются незначительно. Это приво3. Заключение дит к тому, что наблюдается уменьшение эффективной подвижности и проводимости образцов с увеличением Изменения параметров пленок КРТ-МЛЭ n-типа провремени отжига.

водимости при низкотемпературном отжиге определяУменьшение концентрации электронов с высокой поются уменьшением концентрации электронов с высокой движностью в рабочем слое пленки КРТ при отжигах подвижностью в основном слое пленки и наличием приобусловливается генерацией вакансий, которые компенповерхностного слоя у границы с буферным слоем CdTe.

сируют часть доноров в пленке. Общеизвестно, что ваПриповерхностный слой имеет высокую концентрацию кансии ртути являются акцепторами и генерируются при электронов с низкой подвижностью, и эти величиповышении температуры за счет выхода атомов ртути из ны незначительно изменяются при низкотемпературном образца. По литературным данным, с вакансиями ртути (90C) отжиге. Уменьшение концентрации электронов с также связывают рекомбинационные центры, которые высокой подвижностью в основном слое пленки происснижают время жизни неосновных носителей в КРТ ходит за счет компенсации доноров вакансиями ртути, p-типа, полученном за счет введения вакансий. Отжиг образующимися при отжиге за счет выхода атомов ртути в парах ртути приводит к заполнению вакансий.

из образца. При комнатной температуре этот процесс не Нами были проведены отжиги образцов при темперадолжен приводить к изменению параметров материала.

турах 200-230C в инертной атмосфере и в присутствии Для стабилизации электрофизических параметров паров ртути. Было установлено, что отжиг при темперапленок КРТ n-типа при повышенных температурах наитуре около 220C в течение 24 ч в инертной атмосфере более эффективным защитным покрытием по сравнению переводит образцы в p-тип с концентрацией дырок около с тонкими слоями CdTe и диэлектрика является анодный (8-20) · 1015 см-3, а последующий отжиг в этом режиоксид.

ме в парах ртути позволяет обратимо получить n-тип проводимости. Такое поведение, как и наблюдаемые снижение проводимости и уменьшение времени жизни Список литературы неосновных носителей в процессе отжига при 90C [1] W. Sang, J. Ju, W. Shi, Y. Qian. J. Cryst. Growth, 214/215, обусловлены образованием вакансий ртути. На рис. 265 (2000).

показана расчетная зависимость равновесной концентра[2] I. Virt, M. Bilyk, I. Stefaniuk, M. Kuzma. Sol. St. Electron., ции дырок (образованных вакансиями ртути) от темпе45, 1743 (2001).

ратуры, экстраполированная до комнатной температуры, [3] O.P. Agnohotri, C.A. Musca, L. Faraone. Semicond. Sci.

с использованием данных работы [9]. ЭкспериментальTechnol., 13, 839 (1998).

ные значения концентрации дырок в наших образцах без [4] Ю.Г. Сидоров, С.А. Дворецкий, В.С. Варавин, Н.Н. Мизащитного покрытия, отожженных при 220C, хорошо хайлов, М.В. Якушев, И.В. Сабинина. ФТП, 35 (9), соответствуют расчетным. Наблюдаемые изменения па- (2001).

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 1210 П.А. Бахтин, С.А. Дворецкий, В.С. Варавин, А.П. Коробкин, Н.Н. Михайлов, И.В. Сабинина...

[5] E. Finkman, Y. Nemirovsky. J. Appl. Phys., 53 (2), (1982).

[6] M.B. Reine, K.R. Maschhoff, S.P. Tobin, P.W. Norton, J.A. Mroczkowski, E.E. Krueger. Semicond. Sci. Technol., 8, 788 (1993).

[7] J.R. Meyer, C.A. Hoffman, F.J. Bartoli, D.A. Arnold, S. Sivananthan, J.P. Faurie. Semicond. Sci. Technol., 8, 805 (1993).

[8] П.А. Бахтин, А.К. Гутаковский, С.А. Дворецкий, В.С. Варавин, А.П. Коробкин, Н.Н. Михайлов, И.В. Сабинина, Ю.Г. Сидоров. Тез. докл. конф. „Фотоника 2003“ (Новосибирск, 2003) с. 56.

[9] G.L. Destafanis. J. Cryst. Growth, 86, 700 (1988).

[10] V.V. Bogoboyashchyy. Proc. SPIE, 5065, 209 (2003).

Редактор Т.А. Полянская Effect of low-temperature annealing on electrical parameters of n-CdHgTe P.A. Bahtin, C.A. Dvoreckiy, V.S. Varavin, A.P. Korobkin, N.N. Mikhailov, I.V. Sabinina, J.G. Sidorov Institute of Semiconductor Physics, Siberian branch Russian Academy of Sciences, 630090 Novosibirsk, Russia

Abstract

Effect of a low-temperature annealing on electrical parameters of n-CdxHg1-x Te (MCT) films was investigated. These films with x = 0.22, and n-type conductivity have been grown by MBE on GaAs substrates. The annealing was carried out in the temperature range 90-230C and in the range of time from 1 to 1000 h. Changes of conductivity, the Hall coefficient and minority carriers lifetime during annealling were explained by formation of mercury vacancies and by the exit of mercury atoms from films.

Effect of various surface coating on the rate of variating electrical parameters MCT films was investigated. The most effective surface coating stabilizing n-type films parameters was anodic oxide. The analysis of Hall effect measurements in magnetic field has shown that observed variation of electrical parameters can be described with the help of the two-layer model and two types of electrons with high and low mobilities.




© 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.