Диссертация (1097819), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Однако при высоких температурах и низких частотах наблюдаются отклонения от этой зависимости. На рис. 4.9 показаны зависимости( ) и ( ) барьера − 2 для ряда температур. Емкость исследуемыхструктур во всей области частот увеличивается с ростом температуры. Проводимость для частот > 5 кГц уменьшается с увеличением температуры, адля частот < 5 кГц — увеличивается. Отношение( )2 ( )имеет степеннуюзависимость с показателем = 0.53 · · · 0.75 в интервале частот 10 ÷ 103 Гц итемператур < 330 К.233Рисунок 4.9: Частотные зависимости емкости (a) и проводимости (b) барьера,K: 1 —369,2 —345,3 —304,4 —296.
− 2при температурахСплошные линии — расчет по формулам (4.13) — (4.14) при = 1.6 · 1018 см−3 ,2 = 2.6 · 10−7 сек (297 К).параметрах барьера и полупроводника, дающих наилучшее согласие с экспериментом: = 0.09, = 0.86эВ, = 1.14эВ, = 0.299эВ,1 = 2.6 · 10Следует отметить, что функция =*(︁−5сек (297 К),( )(2 )1+ ( ))︁1/отражает эффективнуюпостоянную времени процессов, а наклон зависимостей * от обратной температуры — их энергию активации. Из экспериментальных зависимостей * следует,что в областях температур 273 ÷ 330 К и частот 0.5 ÷ 6.0 кГц эффективная постоянная времени имеет экспоненциальный характер в зависимости от температуры с энергией активации 1 = 0.29 · · · 0.33 эВ, соответствующей глубинезалегания глубокого донора .
За пределами этих температурных и частотныхинтервалов такая зависимость нарушается.Вольт — фарадные характеристики в зависимости −2 = ( ) (рис. 4.9)содержат линейный участок, наклон которого зависит от частоты сигнала, прикоторой измеряется емкость, а на высоких частотах — от частоты сигнала ивеличины приложенного постоянного смещения к барьеру.Теоретическая интерпретация экспериментальных результатов проводиласьв соответствии с моделями, развитыми для этого случая в [226, 227]. Несмотряна простой вид зависимостей емкости и проводимости от частоты, напряженияи температуры, они не могут быть описаны во всей области частот и темпера-234тур в рамках модели контакта металла с полупроводником, содержащим одинглубокий уровень, в пренебрежении мелкими донорными уровнями.
Уравнение˜ барьера металла с полупроводником, содержащимдля комплексной емкости два глубоких уровня, концентрации которых удовлетворяют условию ≫ ,и компенсирующие акцепторы с общей концентрацией , имеет вид:˜ = √︂0 20 ( − − )( − )+(︁0 ()( − ))︁2,−0 ()( − )+(4.13)1()где = 2 — круговая частота, () = 1 ()+2 () — комплексная функция,в которой√︃ (︂)︂√︁11 () =1 () + 21 () + 22 () ,2√︃ (︂)︂√︁12 () =21 () + 22 () − 1 () ,2123(︂)︂2 · 34=1+−,0 1 + 2 12 1 + 2 22(︂)︂32 · 4=−,0 1 + 2 12 1 + 2 220 · · , 4 = 2 ·,= 2 ·12 · · 1(4.14)(4.15)где 1 , 2 — постоянные времени, — коэффициент, определяющий максималь(︁ )︁˜ , аное изменение заряда при перезарядке уровня . При этом = (︁ )︁ = ˜ . Коэффициент 3 получен из кинетических соотношений изменения заряда на донорном уровне на границе ОПЗ при условии > > , когда концентрация ионизированных и нейтральных доноров больше концентрации компенсирующих акцепторов. Коэффициент 4 учитывает кинетику процессов перезарядки глубокого уровня .
Постоянная 1 для данной моделиопределяет обмен носителей заряда между уровнем и зоной проводимости,а 2 определяет эффективное время перезарядки уровня с большей глубинойзалегания. При этом предполагалось, что 1 > 2 . Отклонение эксперименталь-235ных результатов от теоретических оценок имеет место на низких частотах и привысоких температурах. Это связано с тем, что в модели для комплексной емкости барьера не рассматривались дополнительные механизмы, которые даютвклад в проводимость и емкость.Проводимость барьеров − 2 в области высоких температур и низкихчастот, как следует из эксперимента, пропорциональна плотности тока черезбарьер и уменьшается с ростом частоты измерительного сигнала. Частотнаязависимость этой компоненты проводимости проявляется при отсутствии напряжения на барьере. Такой характер проводимости может быть связан с нарушением функции распределения электронов проходящим током при рассеянииэлектронов на фононах [180].
Нельзя исключить случай, когда ответственнымза частотную зависимость проводимости на низких частотах и повышенныхтемпературах может быть глубокий уровень, степень заполнения которого вобласти ОПЗ, прилегающей к контакту, определяется электронным потоком изполупроводника или металла [217]. Отметим, что поверхностные электронныесостояния контакта (ПЭСК) также могут влиять на частотную зависимостьпроводимости [180]. Слабая температурная зависимость избыточной проводимости на частотах больших 6.2 кГц позволяет предположить, что в областинизких температур на проводимость оказывают влияние ПЭСК, при этом степень их заполнения не связана с проходящим через структуру током.
ВлияниеПЭСК на характеристики емкости в этом температурном интервале несущественно. В этом случае общая проводимость * ():* () = ˜ + () + (),(4.16)где(︂)︂02 () =· +,1 + 2 02 2 + () =·. 1 + 2 2(4.17)Постоянные , , , , 0 , характеризуют кинетику электронного обменаПЭСК с полупроводником и металлом. Для их определения необходимы до-236Рисунок 4.10: Зависимости квадрата обратной емкости (a) и проводимости (b) барьеранапряжения при частотах,кГц: 1 —30,2 —20,3 —10,4 —3. − 2отСплошные линии — расчет по формуле(4.16) при параметрах барьера и полупроводника, дающих наилучшее согласие с экспериментом: = 7.1 · 1017−3см, = 0.09, = 1.09, = 1.05эВ, = 0.29эВ.полнительные исследования энергетического спектра и других характеристикПЭСК в запрещенной зоне полупроводника.
В нашем случае они использовались как подгоночные параметры. На рис. 4.10 теоретические зависимости ()приведены с учетом влияния ПЭСК.В барьерах − 2 , − 2 во всем интервале температур составляющая проводимости () отсутствует. В высокотемпературном интерваледля этих структур в общей проводимости проявляется составляющая (),связанная с ПЭСК.Результаты исследований также показали, что концентрация глубоких доноров в исследуемых кристаллах изменялась в пределах 2 · 1015 · · · 1018 см−3 , астепень компенсации материала — в пределах 1 · · · 37%. На рис. 4.11 представлены экспериментальные и теоретические зависимости удельной емкости принулевом смещении на барьере от концентрации глубоких доноров для структурметалл — 2 , полученных на кристаллах с разной степенью компенсации.Из результатов следует, что с ростом концентрации доноров высота барьераконтакта металла с 2 уменьшается.
При увеличении концентрации доноров удельная емкость растет, при увеличении степени компенсации кристалла – уменьшается. Наибольшее расхождение наблюдается при малых степеняхкомпенсации полупроводника и для структур, полученных разными технологическими методами, что связано в большей степени со сложностями учета в237теоретических расчетах влияния диэлектрического зазора между металлом иполупроводником и ПЭСК.Выводы: Из вышеизложенногоследует, что в контакте металла сдифосфидом кадмия, проводимостькоторого определяется большой концентрацией дефектов, образующихв запрещенной зоне глубокие уровни, формируется запорный слой, характеристики которого имеют рядособенностей. При экспоненциальРисунок 4.11: Зависимость удельной емкости барьеровметалл —2от концентрации доноров и степеникомпенсации полупроводника (степень компенсацииполупроводника указана над экспериментальнымиточками).ном характере зависимости прямого тока от напряжения с коэффициентами неидеальности, близкими кединице, энергия активации обрат-ного тока и его величина зависят от характеристик глубоких уровней полупроводника.
Существенным при этом является соотношение контактной разностипотенциалов и ширины запрещенной зоны полупроводника. В структурах с высотой барьера, превышающей половину ширины запрещенной зоны, ток определяется носителями заряда обоих знаков, и в переносе заряда существеннымстановятся рекомбинационные процессы в ОПЗ и поверхностные электронныесостояния контакта.Комплексная проводимость имеет ярко выраженную частотную зависимость.В зависимости от частоты емкость исследуемых структур уменьшается от максимального значения на низких частотах до геометрической емкости на высоких частотах. С ростом температуры емкость барьера растет, а проводимостьпадает как следствие температурной зависимости концентрации свободных носителей заряда и эффективной постоянной времени обмена носителями зарядаглубоких уровней с зоной проводимости. На высоких частотах увеличение обратного смещения на барьере увеличивает его емкость в тех случаях, когдапроцессы перезарядки глубоких уровней ограничиваются обменом носителями238заряда уровней с меньшей глубиной залегания.
Как следует из проведенныхисследований, изменение наклона зависимости квадрата обратной емкости отприложенного к барьеру смещения является следствием частотной зависимости комплексной проводимости контакта.Выяснение природы собственных дефектов в 2 является предметом отдельных исследований, однако можнопредположить, исходя из общих черт энергетической структуры соединений2 5 [228], что донорные уровни, ответственные за тип проводимости исследуемых кристаллов связаны с межузельным кадмием и антиструктурными дефектами замещения кадмия фосфором. По результатам наших измерений, этоподтверждается также значительным ростом сил осцилляторов на модах, связанных с − и − связями и одновременным спадом интенсивностиотражения на резонансах ответственных за − связи в колебательныхспектрах кристаллов, отожженных в парах фосфора [229].4.3.2 Влияние компенсации глубоких доноров в слое объемного заряда контактаметалл — , — на характеристики полной проводимости.22Особый интерес представляет пересечение уровня Ферми строчки доноров.Переход от ̸= 0 к = 0 для каждого глубокого уровня [230] приводит к ихзаполнению.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
