WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 1998, том 68, № 12 05;06,09,12 Влияние сверхвысокочастотной обработки на электрофизические характеристики технически важных полупроводников и поверхностно-барьерных структур © А.А. Беляев1, А.Е. Беляев1, И.Б. Ермолович1, С.М. Комиренко1, Р.В. Конакова1, В.Г. Ляпин1, В.В. Миленин1, Е.А. Соловьев1, М.В. Шевелев2 1 Институт физики полупроводников НАН Украины, 252650 Киев, Украина 2 Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины, 252005 Киев, Украина (Поступило в Редакцию 2 сентября 1997 г.) Исследован эффект стимулированного сверхвысокочастотным электромагнитным излучением изменения электрофизических параметров узкозонных (CdxHg1-xTe с x = 0.22-0.24) и широкозонных (арсенид галлия, фосфиды индия и галлия) полупроводниковых материалов и диодных структур с барьером Шоттки на их основе. Показано, что улучшение параметров материалов и приборных структур обусловлено геттерированием дефектов. Рассмотрены возможные механизмы взаимодействия СВЧ излучения с исследованными объектами.

Введение арсенида галлия и фосфидов индия и галлия, а также конденсацией молибдена, вольфрама, пластины, алюминия, Условия эксплуатации полупроводниковой элемент- Au–Ti и нитрида титана на поверхности (100) арсенида ной базы предусматривают определенный уровень ее галлия. Толщина слоя металла составляла 80-100 nm.

устойчивости к различного рода лучевым воздействи- Образцы подвергались облучению в магнетроне в ям, в том числе к ионизирующей радиации и элек- сантиметровом диапазоне длин волн (режим облучения тромагнитному излучению [1]. Начиная с 50-х годов в свободном пространстве) [5]. Время экспозиции изи до настоящего времени влиянию ионизирующей ра- менялось в интервале 1-60 s для различных образцов.

диации на полупроводниковые материалы и приборы Выходная мощность генератора составляла 5 kW. Инбыло посвящено огромное количество теоретических и тенсивность микроволнового воздействия варьировалась экспериментальных работ. В противоположность это- изменением расстояния между облучаемым объктом и му воздействие электромагнитного излучения, особенно выходом волновода либо изменением времени экспозисверхвысокочастотного (СВЧ), освещено не так широко.

ции при неизменном расстоянии до облучаемого объекВ то же время известно, что СВЧ излучение, воздействуя та. До и после облучения на массивных образцах при на приборные структуры и готовые изделия (диоды, тран- температуре T = 77 K измерялись фотолюминесценция зисторы, интегральные схемы), приводит в ряде случаев (ФЛ) в спектральном интервале 0.6-2.0 eV при возк их катастрофическим отказам [2]. С другой стороны, буждении светом мощной лампы накаливания ПЖ-в последнее время появились сообщения, в которых ука- с h > 2.0 eV, эффект Холла, время жизни неосновзывается на стимулированные СВЧ излучением эффекты ных носителей заряда p. На поверхностно-барьерных геттерирования дефектов и структурной релаксации в структурах измерялись вольт-амперные (ВАХ) и вольтполупроводниковых материалах [3,4].

фарадные (ВФХ) характеристики, диффузионная длина Целью данной работы является исследование влияния неосновных носителей заряда Lp. Оже-электронные СВЧ излучения на электрофизические характеристики спектры и профили распределения компонентов в конузкозонных (CdxHg1-xTe) и широкозонных (арсенид гал- такте металл-полупроводник.

лия, фосфиды индия и галлия) массивных полупроводниковых материалов и поверхностно-барьерных структур Результаты измерений и обсуждение на их основе.

Как показывают проведенные эксперименты, резульОбразцы и методы исследований таты СВЧ облучения кристаллов CdxHg1-xTe сильно зависят от исходного состояния образцов. Так, наличие в Объектами исследования были: 1) монокристалличе- исходном образце 1 (табл. 1) неоднородностей, способские пластины CdxHg1-xTe (x = 0.21-0.24), арсенида ных приводить к аномалиям на температурной зависимогаллия, фосфидов индия и галлия с концентрацией сво- сти постоянной Холла Rx(T ) (рис. 1), после обработки бодных электронов 1016-2 · 1017 cm-3; 2) приборные проявляется в виде конверсии типа проводимости и резструктуры с барьером Шоттки, сформированные в ваку- кого изменения времени жизни неосновных носителей уме 10-4 Pa конденсацией хрома на поверхностях (100) заряда p (рис. 2). В то же время для достаточно 4 50 А.А. Беляев, А.Е. Беляев, И.Б. Ермолович, С.М. Комиренко, Р.В. Конакова...

Таблица 1. Влияние СВЧ облучения на электрофизические параметры (фактор идеальности, n, подвижность µp и время жизни p неосновных носителей заряда, энергию залегания Et и концентрацию Nt примесных центров) CdxHg1-xTe при T = 77 K №образца Состав x Вид обработки n, cm-3 µp, cm2/Vs p, µs Et, eV Nt, cm-1 0.24 Исходный 6.9·1015 2·104 0.СВЧ 2.54·1016 6·103 0.2 0.21 Исходный 5.12·1014 2·105 1.4 0.1 1.1·СВЧ 4.9·1014 1.5·105 2.4 0.1 3.6·3 0.22 Исходный 4.82·1014 1.4·105 2.1 0.07 6.25·СВЧ 4.6·1014 9.6·104 3.0 0.07 2.5·однородных образцов характер изменений качественно (образец 1 в табл. 1), содержащих дополнительные канаиной. СВЧ обработка таких образцов (образцы 2 и 3 в лы проводимости, СВЧ обработка приводит к усилению табл. 1) приводит к заметному увеличению p. При этом примесных атмосфер дефектов, ответственных за эти канаблюдаются слабое увеличение Rx в области примесной налы. Они становятся достаточно мощными, чтобы резко проводимости и некоторое уменьшение подвижности µp. изменить тип проводимости и время жизни неосновных Данные, полученные из температурных зависимостей p носителей заряда.

в этом случае, свидетельствуют об уменьшении концен- Таким образом, описанные результаты указывают на трации рекомбинационно-активных центров, имеющих существенную роль преобразований точечно-дефектной энергетические уровни в верхней половине запрещенной структуры кристаллов, которые могут стимулирозоны. ваться нагревом при СВЧ облучении и диффузией Для того чтобы представить себе возможный меха- рекомбинационно-активных точечных дефектов и применизм влияния СВЧ обработки на дефектную структуру сей на стоки.

исследуемых кристаллов, обратимся к неоднородному О значительном влиянии СВЧ облучения на спектр торазогреву образца за счет поглощения СВЧ энергии. чечных дефектов в кристаллах свидетельствуют и данные Другими словами, мы полагаем, что основным механиз- по изучению спектров ФЛ арсенида галлия и фосфидов мом диссипации энергии поглощенного СВЧ излучения индия и галлия. Например, в исходных спектрах ФЛ является разогрев, стимулирующий перемещение дефек- арсенида галлия, легированного оловом (рис. 3), наблютов на стоки. В качестве последних могут выступать даются две перекрывающиеся полосы с максимумами дислокации, малоугловые границы, крупные кластеры то- при hmax = 1.15-1.20 и 0.993-1.01 eV. В результате чечных дефектов. Этот процесс обусловливает некоторое облучения длительностью t = 6 s во всех исследованных повышение p и Rx (см. образцы 2 и 3 в табл. 1). С образцах положение максимумов становится одинакодругой стороны, в изначально неоднородных образцах вым (1.185 и 1.01 eV) при преимущественном усилении Рис. 1. Температурная зависимость постоянной Холла образ- Рис. 2. Температурная зависимость времени жизни неосновцов Cd0.24Hg0.76Te: 1 —исходный, 2 — после СВЧ облучения ных носителей заряда в образцах Cd0.21Hg0.79Te. (1, 2 —то же, в течение 5 s.

что и на рис. 1).

Журнал технической физики, 1998, том 68, № Влияние сверхвысокочастотной обработки на электрофизические характеристики... Таблица 2. Влияние сверхвысокочастотного электомагнитного облучения на электрофизические параметры диодов Шоттки Диффузионная длина Тип структуры Тип обработки Высота барьера B, eV Фактор идеальности n неосновных носителей заряда Lp µm Cr-GaAs Исходные 0.73-0.75 1.17-1.24 1.2-1.СВЧ 0.76-0.77 1.08-1.09 1.5-1.Mo-GaAs Исходные 0.68-0.69 1.16-1.23 2.3-2.СВЧ 0.68-0.69 1.09-1.14 2.5-2.W-GaAs Исходные 0.65-0.66 1.20-1.40 1.7-2.СВЧ 0.69-0.70 1.09-1.12 2.1-2.Pt-GaAs Исходные 0.88-0.95 1.12-1.37 2.1-2.СВЧ 0.88-0.89 1.18-1.24 2.1-2.Al-GaAs Исходные 0.55-0.58 1.68-2.20 1.6-1.СВЧ 0.57-0.58 1.30-1.40 2.Au-Ti-GaAs Исходные 0.70-0.76 1.3-1.4 1.7-1.СВЧ 0.70-0.76 1.32-1.33 1.85-1.TiN-GaAs Исходные 0.70-0.75 1.24-1.35 1.60-1.СВЧ 0.70-0.75 1.08-1.10 1.80-1.Cr-InP Исходные 0.67-0.69 1.50-1.80 1.52-1.СВЧ 0.63-0.65 1.20-1.40 1.70-1.Ga-GaP Исходные 1.63-1.67 1.50-1.72 0.СВЧ 1.85-1.88 1.32-1.40 0.полосы 1.185 eV. Полосы сужаются, что свидетельствует в течение 1-40 s наблюдаются и в монокристаллах о структурно-примесном упорядочении приповерхност- фосфида индия (100) (рис. 4).

ного слоя арсенида галлия. При t 60 s наблюдается В более дефектных кристаллах арсенида галлия, в исуменьшение интенсивности обеих полос и их уширение, ходном состоянии легированных теллуром, наблюдалась свидетельствующие об усилении деградационных про- одиночная полоса с hmax = 1.20 eV. Она практически цессов в арсениде галлия. Аналогичные изменения полос не изменялась при облучении в течение 1-60 s. Слабо 1.410, 1.150 и 0.820 eV при воздействии СВЧ излучения изменялась в результате СВЧ облучения при тех же Рис. 3. Спектры фотолюминесценции образцов n-GaAs : Sn:

Рис. 4. Спектры фотолюминесценции образцов в n-InP (111):

a —исходный; b, c — после СВЧ облучения в течение 6 (62) s.

a —исходный, b–d — после СВЧ облучения в течение 10, 30, 40 s.

4 Журнал технической физики, 1998, том 68, № 52 А.А. Беляев, А.Е. Беляев, И.Б. Ермолович, С.М. Комиренко, Р.В. Конакова...

Рис. 5. Вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики диода Шоттки на основе TiN-GaAs: a,b —прямая (обратная) ветвь ВАХ; c —ВФХ; d — зависимость 1/C2 от V ; 1 —исходная, 2 — после СВЧ облучения в течение 2 s.

экспозициях и структура локальных центров в монокри- рьера B практически не изменилась, фактор идеальносталлах фосфида галлия. сти n уменьшился. На обратной ветви ВАХ (рис. 5, b) В табл. 2 приведены результаты воздействия СВЧ значительно уменьшилась величина обратного тока IR.

излучения в течение 1-2 s на электрофизические параме- При этом, как видно из ВФХ (рис. 5, c, d), ее наклон тры поверхностно-барьерных диодов Шоттки. Из табл. 2 практически не изменился. Это свидетельствует о том, видно, что в результате СВЧ облучения произошло что концентрация легирующей примеси в результате заметное изменение свойств межфазных границ и припо- воздействия СВЧ излучения той же, что и в исходном верхностных слоев полупроводника, сопровождающееся материале.

изменением основных параметров барьера, а именно Наблюдаемые изменения параметров диодных струкувеличилась высота барьера B, уменьшился фактор тур являются следствием структурно-химической переидеальности n, возросла диффузионная длина неоснов- стройки межфазных границ в контакте металл–полупроных носителей заряда Lp. Последнее свидетельствует о водник, стимулированных СВЧ излучением. Для выясстимулированных СВЧ излучением процессах геттери- нения особенностей межфазных взаимодействий были рования в приповерхностных слоях арсенида галлия и проанализированы оже-профили компонентов металлфосфидов индия и галлия. полупроводник на примере контактов, образованных плаНа рис. 5, a приведены типичные ВАХ поверхностно- тиной, титаном и алюминием с арсенидом галлия. Окабарьерного диода. Видно, что после СВЧ облучения в залось, что для каждого из рассматриваемых контактов течение 2 s протяженность экспоненциального участка можно выделить свои, не присущие другим контактам прямой ветви ВАХ возросла на порядок, высота ба- особенности. Так, для контакта Pt-GaAs межфазные Журнал технической физики, 1998, том 68, № Влияние сверхвысокочастотной обработки на электрофизические характеристики... взаимодействия описываются реакцией структуры. В этом случае профили распределения компонентов контактной пары до и после облучения могут Pt + GaAs PtAs2 +(PtGaAs), практически не измениться. В то же время, учитывая возможность реализации коллективных взаимодействий а для контакта Al-GaAs характерной является реакция в полях упругих напряжений, можно значительно понизамещения зить барьер для анигиляции дефектов или перестройки yAl + GaAs (y - x)Al + AlxGa1-xAs + xGa, комплексов дефектов [9,10].

хотя для протекания таких реакций нужны сравнительно высокие температуры, не достижимые в нашем экспери- Заключение менте, равно как и времена, большие 1 s. В структурах Изучено влияние СВЧ излучения сантиметрового Au-Ti-GaAs преимущественным оказалось вызванное диапазона длин волн на электрофизические свойства СВЧ излучением перемешивание компонентов контакта массивных полупроводниковых материалов CdxHg1-xTe при наличии после СВЧ обработки значительной до(x = 0.22-0.24), арсенида галлия и фосфидов индия и ли оксидной фазы титана. Указанные взаимодействия, галлия, а также приборных структур с барьером Шоттки по-видимому, обусловливают переход от сильно дена основе арсенида галлия и фосфидов индия и галлия.

структированных гетерогенных границ раздела металл– Показана возможность улучшения параметров материполупроводник к более однородным. Это способствует алов и диодных структур за счет стимулированного наблюдаемым изменениям параметров приборных струкСВЧ излучением геттерирования дефектов, а именно тур.

увеличения времени жизни неосновных носителей заряРассмотрим другие вероятные механизмы, обуслода, уменьшения обратного тока, уменьшения разброса вливающие обнаруженные изменения свойств контактов параметров барьера Шоттки (высоты барьера и фактора металл–полупроводник.

идеальности).

1. Термический, связанный с разогревом за счет поглощения СВЧ энергии [6]. Анализ профилей рас- Для окончательного вывода о процессах, протекающих в полупроводниках и приборных структурах на их основе пределения компонентов структур в контактах до и при СВЧ воздействиях, требуются дальнейшие исследопосле СВЧ облучения и их сравнение с результатами вания. В то же время обнаруженные нами изменения послойного анализа термичеки отожженных контактов в материалах и на границах фаз позволяют надеяться свидетельствуют о слабом влиянии этого фактора.

2. Электростатический, связанный с реальной вели- на возможность использования таких воздействий для технологических целей.

чиной падения напряжения на барьере [6]. Даже в отсутствие критических электрических полей, определяющих механизмы лавинного и туннельного пробоя, Список литературы этот механизм может оказывать существенное влияние на диффузионные перераспределения компонентов [1] Мырова Л.О., Чепиженко А.З. Обеспечение стойкости контакта, как это было показано в [6]. Интенсивная аппаратуры связи к ионизирующим и электромагнитным интердиффузия между металлом и арсенидом галлия излучениям. М.: Радио и связь, 1988. 296 с.

начинается на уровне поглощаемой мощности, составля- [2] Блудов С.Б., Гадецкий Н.П., Кравцов К.А. и др. // Физика ющем примерно 2 / 3 критического значения мощности плазмы. 1994. Т. 20. № 7. С. 712–717.

Pages:     || 2 |



© 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.