WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 1998, том 68, № 1 05;06;12 Связь электронных свойств границы раздела фаз с межфазными взаимодействиями в гетероструктурах NbN–GaAs © А.А. Беляев1, И. Готовы2, Е.Ф. Венгер1, В.Г. Ляпин1, Р.В. Конакова1, В.В. Миленин1, Ю.А. Тхорик1, Г.Н. Кашин3 1 Институт физики полупроводников АН Украины, 252650 Киев, Украина 2 Словацкий технический университет, Братислава, Словакия 3 Институт химии поверхности АН Украины, Киев, Украина (Поступило в Редакцию 13 августа 1996 г.) Исследовались особенности контактообразования в системе NbN–GaAs при изменении структурно-фазового состояния металлического конденсата. Показано, что роль химического фактора в процессах контактообразования снижается с возрастанием степени структурного совершенства сплава NbN. Обсуждаются причины соответствующих изменений в электронной структуре границы раздела, вызванных фазовым переходом NbN–Nb4N3. До и после отжига в вакууме при T = 850C в течение 10 s измерены оже-спектры и вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики поверхностно-барьерных структур NbN–GaAs.

Введение чего является возникновение переходных областей с отличными от контактирующих фаз структурой и хиНесмотря на активные усилия, предпринимаемые по мическим составом [1–5]. Для экспериментального обвыяснению особенностей взаимодействий между метал- основания сделанных выше заключений в данной работе лами и широко используемыми на практике полупро- исследовалось влияние структурно-фазового состояния водниками, до настоящего времени не существует уни- металлического конденсата на характеристики контакта версальной модели, способной количественно описать Шоттки NbN–GaAs.

или предсказать параметры формирующегося барьера Шоттки. Такое состояние проблемы обусловлено чрезМетодика эксперимента вычайной сложностью процессов, протекающих при конденсации металлов на полупроводник. К числу таковых Слои NbN (d 100-150 nm) получали реактивным = в общем случае можно отнести диффузионное перемераспылением Nb (чистоты 99.95%) в смеси аргона и шивание и химические взаимодействия между компо азота на подложки n-типа GaAs : Te (n 5 · 1016 cm-3) = нентами гетеропары, приводящие к химической гетерос ориентацией поверхности (100) [5]. Перед напыленигенности межфазной границы, образованию и распаду ем подложки подвергались травлению в H3PO4 : H2O и твердых растворов (сплавов) в переходном слое конхимической очистке в растворе (1 : 10) NH4OH : H2O.

такта. Интенсивность и направленность этих процессов, Для исследования структуры пленок нитрида ниоа также структурное состояние продуктов реакций не бия был использован рентгенофазовый анализ. Данмогут быть предсказаны на основе объемных диаграмм ные о физико-химическом составе поверхности подлосостояния из-за отличия термодинамических постоянных жек, подготовленных под напыление, получали с пона поверхности полупроводников от соответствующих мощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

значений в объеме. Нарушение симметрии, изменение Характер распределения атомных компонент в гетеросиловых постоянных атомов вблизи поверхности поструктурах NbN–GaAs определялся методом послойного лупроводника, наличие электрических и механических оже-анализа. Электрические параметры поверхностнополей в реакционной зоне контакта вызывают значибарьерных переходов исследовались методом вольт-амтельные изменения термодинамических и кинетических перных и вольт-фарадных характеристик. Диодные и параметров взаимодействующих фаз.

тестовые структуры подвергались отжигу 10 s при Все это дает основания полагать, что процессы взаиT = 800-950C в вакууме.

модействия между металлом и полупроводником зависят не только от физико-химического состояния поверхности полупроводника, но в значительной степени обусловле- Результаты и их обсуждение ны состоянием пленочного конденсата, его структурноморфологическими характеристиками, ”реактивностью”, Типичные фотоэлектронные спектры арсенида галкоторые могут изменять интенсивность диффузионных лия после химической обработки и промывки диоинипроцессов и фазообразование в контакте, следствием зированной водой свидетельствуют, что доминирую64 А.А. Беляев, И. Готовы, Е.Ф. Венгер, В.Г. Ляпин, Р.В. Конакова, В.В. Миленин...

щими фазами на поверхности GaAs, подготовленной На рис. 1 представлены результаты электрофизических к напылению, являются Ga2O3 (энергия связи 2p3/2 исследований поверхностно-барьерных структур на осноэлектронов Ga Eсв 1118.4-1118.9eV), мышьяк ве нитрида ниобия, подвергнутых высокотемпературным (Eсв 40.7-41.6eV) и As2O3 (Eсв 44.2eV). Отно- отжигам. Как следует из приведенных зависимостей, пашение концентрации Ga : As меньше стехиометрического раметры барьера Шоттки и их термическая стабильность ( 0.9), а содержание кислорода в приповерхностном зависят от условий приготовления контактов. Особенно слое достигает 80% at.

сильно это проявляется в характеристиках обратных Результаты магнетронного напыления слоев нитрида токов диодных структур, которые могут изменяться на ниобия на такую химически гетерогенную поверхность несколько порядков.

по данным рентгеноструктурного анализа зависят от Можно выделить два фактора, изменяющие элексодержания азота в рабочей газовой смеси. При сотронную структуру гетерограницы как в процессе ее держании азота менее 5 и более 20% дифракционный формирования, так и последующих отжигов: химифазовый анализ не выявил кристаллических фаз, соотческий, связанный с образованием новых продуктов ветствующих стехиометрическим модификациям нитрипри взаимодействии компонентов, образующих гетеда ниобия. Структура пленок при этом аморфная. Для промежуточных концентраций азота осаждаемые слои обладали поликристаллической структурой и состояли из зерен фазы NbN с гранецентрированной кубической решеткой, постоянная которой изменяется в зависимости от концентрации азота в пленке. Учитывая, что отношение атомных радиусов азота и ниобия 0.59 и малую растворимость азота в ниобии, осажденные в этих условиях слои по своим физико-химическим свойствам являются типичными фазами внедрения.

Отжиг при температуре 850C приводит к кристаллизации аморфных слоев (АС) нитрида ниобия в гранецентрированную кубическую фазу NbN для пленок, полученных при содержании азота 5%, и тетрагональную фазу для слоев, полученных при высоких ( 20%) концентрациях азота в рабочей смеси. Таким образом, слои нитрида ниобия на GaAs в зависимости от содержания азота в рабочей смеси претерпевают различные структурные превращения в одинаковых условиях отжига, что указывает на различие процессов зародышеобразования и роста слоев в этих условиях.

При отжиге поликристаллических слоев с доминирующей фазой Nbn наблюдался структурный переход с образованием фазы Nb4N3.

Ни в одном случае не были уверенно идентифицированы промежуточные фазы, включающие компоненты подложки полупроводника и примеси — кислород и углерод. Этот вопрос нуждается в дальнейшем подробном исследовании.

Таким образом, по представленным выше результатам структурно-фазового анализа напыленных слоев, изготовленных при фиксированной мощности разряда и различных содержаниях азота в рабочем газе и последующим отжиге исследованные образцы можно разделить на три группы. В I группу входят образцы, полученные при 5%-ном содержании N2 в рабочей смеси. Их отжиг при 850 в течение 10 s сопровождается структурным переходом аморфный слой–фаза NbN. II группа состоит из структур, полученных при 15%-ном N2. Для них характерен фазовый структурный переход NbN–Nb4N3.

Рис. 1. Зависимость высоты барьера Шоттки NbN–GaAs (a), III группа включает структуры, сформированные при фактора идеальности (b) и величины обратного тока при 20%-ном N2, отжиг которых сопровождается кристаллиUобр = 0.4B(c) от температуры отжига для образцов тизацией аморфной пленки нитрида ниобия в фазу Nb4N3.

па I, II, III.

Журнал технической физики, 1998, том 68, № Связь электронных свойств границы раздела фаз с межфазными взаимодействиями... Рис. 2. Профили распределения примесей в контакте NbN–GaAs (тип I — верхний, II — средний, III — нижний). a —исходный, b — после отжига при T = 850C (10 s).

5 Журнал технической физики, 1998, том 68, № 66 А.А. Беляев, И. Готовы, Е.Ф. Венгер, В.Г. Ляпин, Р.В. Конакова, В.В. Миленин...

ропару, и структурный, обусловленный особенностями Выводы встраивания пленочного конденсата в решетку полу1) Атомная структура пленок нитрида ниобия зависит проводника.

от режима их получения; 2) поликристаллические пленДля оценки влияния первого фактора были исследоки нитрида ниобия, получаемые магнетронным распываны методом послойного оже-анализа распределения лением: как правило, однофазные; 3) термообработка элементов в гетеропереходах (рис. 2). Как следует переходов NbN/GaAs вызывает изменение структурного из представленных данных, отсутствуют существенные состояния напыленного слоя, переход аморфной пленки различия в слоях перемешивания как в исходных струкв кристаллическую либо ее рекристаллизацию с обратурах, так и в структурах, подвергнутых отжигу. Не зованием новой фазы; 4) наилучшие параметры конбыли выявлены какие-либо ярко выраженные особеннотактов Шоттки нитрид–GaAs достигаются в результате сти на профилях распределения элементов в переходтермообработки при 850C и соответствуют состоянию ной области контакта, указывающие на дополнительное пленки, доминирующей фазой которой является Nb4N3.

фазообразование. Рассчитанные из данных рис. 2 шириВ заключение авторы работы, научные сотрудники ны переходных слоев возрастают в последовательности:

Института физики полупроводников НАН Украины, вытип III —АС–Nb4N3, 122-134 ; тип II — NbN–Nb4N3, ражают свою глубокую признательность объединенно210-257 ; тип I — АС–NbN, 250-317 и не коррему фонду Правительства Украины и Международного лируют с изменениями электрофизических параметров научного фонда (грант N R5R100) за предоставленную барьерных структур. Поэтому мы полагаем, что более поддержку в проведении исследований.

существенную роль в процессах, определяющих электронные свойства барьеров Шоттки, играет фактор, связанный со структурным состоянием напыленной пленки.

Список литературы При этом важны не только структурная согласованность [1] Wu X.W., Zhang L.C., Bradley P. et al. // Appl. Phys. Lett.

пленки металла и полупроводника, но степень разупоря1987. Vol. 50. N 5. P. 287–289.

дочения поверхности полупроводника, вызванная усло[2] Ахинько А.И., Гольдберг Е.Я., Григорьев А.Т. и др. // виями осаждения слоев и определяющая интенсивность Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. 1990.

массообмена в системе металл–полупроводник, изме№1(135). С. 35–37.

няющего степень легирования приповерхностного слоя [3] Ахинько А.И., Инкин В.Н., Карамышев Е.П. и др. // GaAs, что проявлялось в появление не зависящего от Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. 1990.

напряжения участка на линейной зависимости квадрата №5(139). С. 42–45.

обратной емкости перехода от приложенного смещения [4] Инкин В.Н., Кирпиленко Г.Г., Портнов С.М. // Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. 1991. № 4(143).

(структуры типа I и II после отжига и типа III —исходС. 32–35.

ная). Для поликристаллических пленок, кроме того, важ[5] Hotovy I., Brcka J., Huran J. // Fizika A. 1995. Vol. 4. N 2.

ную роль играет соотношение диффузионных потоков по P. 337–342.

объему зерен и межзеренным границам, зависящее от размеров зерен и толщины пленки. Последовательный учет всех отмеченных обстоятельств требует проведения дополнительных исследований, но уже сейчас можно отметить, что наилучшими электрическими параметрами обладают контакты, формируемые GaAs с кристаллической пленкой Nb4N3, вне зависимости от того, как образовалась эта фаза: при кристаллизации аморфного слоя или в результате рекристаллизации NbN Nb4N3.

Расчеты на основе принципа объемного соответствия, аналогичные проделанным в [4], показали, что непосредственное встраивание как Nb3N4, так и NbN в кристаллическую решетку подложки GaAs сопровождается возникновением на границе раздела значительных концентраций электрически активных дефектов. В то же время хорошие электрофизические характеристики контакта возможны лишь при малой концентрации дефектов на границе.

В рассматриваемом случае это, по-видимому, могло бы быть достигнуто при наличии промежуточного (между GaAs подложкой и Nb3N4 либо NbN слоем) монослоя, например NbAs.

Журнал технической физики, 1998, том 68, №




© 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.