Диссертация (1097819), страница 41
Текст из файла (страница 41)
При этом изменяется частотная зависимость емкости, т.е. происходит переход от случая, когда граничная частота в основном определяется постоянной перезарядки глубокого уровня на границе электронейтральности контакта к случаю, когда частотная зависимость определяется объемным временемжизни носителей заряда (максвеловским временем релаксации). Теоретическиезависимости указывают на разрыв в зависимостях сопротивления и емкостиконтакта на низких частотах при напряжении смещения = 1 ( −1 +Δ )и его отсутствие на высоких частотах в случае одного глубокого донорного уровня и мелкого донорного уровня.
В случаях большего числа глубоких уровнейчисло разрывов в характеристиках проводимости будет соответствующее количество.На рис. 4.12 представлены результаты исследований зависимостей емкости иактивной проводимости выпрямляющих барьеров металл — 2 от величиныпрямого напряжения смещения на разных частотах.239Рисунок 4.12: Характеристики емкости — a и активной проводимости — b от прямого напряжения барьера − 2на частотах,кГц: 1 —0.5,2 —1,3 —10,4 —20.На низких частотах обнаружены спад емкости до некоторого минимальногозначения мин и одновременно резкое нарастание активной проводимости барьеров − 2 при пр > пор = 0.3 В.
Здесь пор и мин определяютсякак величины напряжений, при которых емкость в зависимости от напряжениядостигает максимального и минимального значений соответственно. Последующий рост емкости происходит при напряжении > мин = 0.38 В, при этомрост проводимости замедляется.Напряжение пор практически не зависит от частоты переменной составляющей смещения барьера. Напряжение мин смещается в область больших напряжений с ростом частоты. Минимум в зависимости емкости от напряжениястановится слабо выраженным на частотах > 20 кГц, что связано с уменьшением емкостной и ростом активной компонент полной проводимости.На барьерах с другими металлами получены аналогичные результаты.
Установлено, что напряжения пор и мин определяются высотой барьера и глубиной залегания глубокого уровня. Увеличение ведет к сдвигу пор . в областьбольших значений. Так для и пор на низких частотах равны 0.18 и0.66 В, а мин — 0.32 и 0.99 В соответственно. Особенности в характере кривыхемкости и проводимости на барьерах с разными металлами связаны с изменением доли ионизированного заряда уровня 2 в ОПЗ = 1 · (2 − 1 )/21 с изменением величины барьера (1 , 2 и 2 , 1 — концентрации глубоких240уровней и координаты пересечения строчек этих центров с уровнем Ферми наэнергетической диаграмме контакта металл — полупроводник соответственно).Увеличение высоты барьера приводит к уменьшению отношения и глубиныминимума в зависимости емкости от напряжения и размытию минимума в этойзависимости при больших величинах барьера.
Глубина залегания более глубокого донорного уровня в 2 , по полученным экспериментальным результатам,составляет 2 = 0.55 · · · 0.6 эВ.Таким образом, нейтрализация части ионизированных глубоких уровней вОПЗ при прямом смещении барьеров, проявляется наиболее ярко в резонансномпадении емкости и сильном росте проводимости структур при определенныхзначениях напряжения. Кроме того, начало компенсации заряда уровня 2прямым током в ОПЗ совпадает с изменением наклона прямой ветви вольт— амперной характеристики барьера. В соответствии с [231] в зависимостяхкоэффициента неидеальности на низких частотах также должен наблюдатьсяразрыв и по этой зависимости также может быть определена концентрацияглубоких уровней и положение на энергетической диаграмме контакта.4.3.3 Характеристики комплексной проводимости барьеров Шоттки металл — − .2Полная проводимость = + выпрямляющих структур на электронном − 2 является функцией частоты, напряжения, подсветки и температуры, она зависит от пред истории образца, степени и способа заполненияглубоких уровней.
Инжекция носителей заряда в ОПЗ при прямом смещениибарьера приводит к заполнению глубоких уровней в ОПЗ. Уменьшение степеникомпенсации в квазиравновесной области после выключения прямого смещенияувеличивает емкость и уменьшает проводимость . Емкость уменьшается, апроводимость растет при выдержке структуры в темноте, что связано, по — видимому, с захватом электронов из металла на глубокие уровни в слое объемногозаряда [217].На рис.
4.13 представлены зависимости емкости () и проводимости ()от частоты структур −−2 для нескольких температур (характер зависимостей с другими металлами был аналогичным). Измерения проведены после241 и структуры − − 2323, 4 — 345, 5 — 373.Рисунок 4.13: Частотные характеристики полной проводимоститемпературах,K: 1 —290,2 —306,3 —приустановления равновесных значений . В исследованных интервалах частот итемператур зависимости () и () от частоты описываются в рамках теорий [226, 232] с постоянными времени 1 , 2 . Согласие теоретических расчетовс экспериментальными результатами достигнуто при энергиях залегания 1 и2 равных 0.36 и 0.6 эВ соответственно.
Полученные значения энергий залегания глубоких доноров удовлетворительно согласуется со схемой локальныхцентров и электронных переходов в − 2 [202].В спектрах фотоемкости структур металл — − 2 . процессов перезарядки уровней в интервале энергий фотонов 0.3 ÷ 1 эВ не обнаружено. Перваяступенька изменения емкости и концентрации ионизированных дефектов наблюдается при ℎ = 1.15 эВ. При ℎ ≥ 1.56 эВ вплоть до 2.1 эВ проявляетсярост . В узком интервале энергий фотонов 2.1 ÷ 2.16 эВ емкость и проводимость незначительно падают. Минимум емкости в этой области соответствует2.14 эВ.
При больших энергиях происходит перезарядка уровней собственнымсветом.Прямое смещение, приложенное к барьеру, увеличивает емкость и проводимость на всех частотах при всех температурах. Зависимость проводимости отобратного смещения U имеет минимум. Рост проводимости при больших обратных смещениях связан с пробойными явлениями в структуре. Зависимость −2 = ( ) близка к линейной в диапазоне обратных смещений 0 · · · 1.5 В.242Наклон этой зависимости уменьшается при увеличении обратного напряжения| | > 1.5 B и частоты измерительного сигнала.Полученные экспериментальные результаты согласуются с теоретическимирасчетами в рамках модели контакта металла с полупроводником, содержащимдва глубоких донорных уровня с концентрациями 1 и 2 и компенсирующиеакцепторы с общей концентрацией .
Анализ поведение полной проводимостив зависимости от частоты, температуры и времени позволяет предположить,что заполнение глубоких доноров в области квазинейтральности имеет болеесложный характер, чем в моделях, предложенных в работах [226, 232]. Долговременная релаксация проводимости, также как и в случае барьеров металл —2 [217], может быть связана с захватом электронов из металла на глубокиеуровни, дающие вклад в проводимость на сверхнизких частотах.4.3.4 Характеристики комплексной проводимости структур металл — − 2На рис.
4.14 представлены частотные зависимости ёмкости () и проводимости () структур − − 2 для нескольких температур (характерзависимостей с другими металлами был аналогичным). С ростом частоты емкость уменьшается. В представленных на рис. 4.14 зависимостях можно выделить три участка спада емкости, отличающихся постоянными времени 1 , 2 ,3 . Высокочастотная постоянная 1 , и постоянная времени 2 , как следует изэкспериментальных результатов, не являются функциями температуры. Низкочастотная постоянная 3 характеризуется значительной энергией активации > 0.8 эВ.
В некоторых структурах не была обнаружена составляющая емкости, связанная с постоянной времени 2 . Проводимость () растет с увеличением частоты и температуры. В структурах − −2 в области частот10 ÷ 2000 Гц наблюдается уменьшение емкости при увеличении температурывыше 330 К.Прямое смещение, приложенное барьеру, увеличивает емкость и проводимость на всех частотах при всех температурах. Зависимость проводимости отобратного смещения U имеют минимум. Рост проводимости при больших обратных смещениях связан с пробойными явления в структуре. Зависимость243 − − 2 при = 0 B и температурах , K: a, b 1 — 320, 2 — 300, 3 — 292, 4 — 285, 5 — 265, 6 — 80; c, d 1 —310, 3 — 300, 4 — 292, 5 — 285. a, c — экспериментальные данные; b, d — расчет по формуле (4.18).Рисунок 4.14: Частотные зависимости емкости (a и b) и проводимости (c и d) барьеранапряжении320,2 — −2 = ( ) близка к линейной в диапазоне обратных смещений 0 · · · 1.5 В.Наклон этой зависимости уменьшается при увеличении обратного напряжения| | > 1.5 B и частоты измерительного сигнала.Полученные экспериментальные результаты можно описать в рамках модели контакта металла с полупроводником, содержащем три глубоких донорныхуровня с концентрациями 1 , 2 и 3 и компенсирующие акцепторы с общей концентрацией .
Используя подходы, развитые для решения такого типазадач [230, 231, 233], было получено следующее приближенное выражение дляполной проводимости исследуемых структур:˜ = √0 √ + 2 − + + 2 − +1()(4.18)244где − 3 − ,(1 + 2 + 3 − )3 − 1 = 2 · 0 ·,(1 + 2 − )√︃1 ()2(1 + 2 − )(3 − 1 ) = 0 ·· 1+,(1 + 2 + 3 − )0 21 2 ()1 () = 0 ·,(1 + 2 − ) = 2 · 0 ·12(︂)︂123=1+++,0 1 + 2 12 1 + 2 22 1 + 2 32(︂)︂1 12 23 3=++,0 1 + 2 12 1 + 2 22 1 + 2 32где = 2 — круговая частота, - площадь контакта, 1 , 2 , 3 — постоянные времени, 1 , 2 , 3 — потенциалы, соответствующие энергиям залегания˜ , а = ()˜ .глубоких уровней. При этом = ()Коэффициенты 1 , 2 и 3 получены из кинетических соотношений изменениязаряда на донорных уровнях 1 и 2 на границе области пространственногозаряда (ОПЗ) при условии 1 , 2 > > , когда концентрация ионизированных и нейтральных доноров больше концентрации компенсирующих акцепторов.
Коэффициент 3 учитывает кинетику процессов перезарядки глубокогоуровня 3 . Постоянные 1 и 2 для данной модели определяют обмен носителейзаряда между уровнями 1 и 2 и зоной проводимости, а 3 определяет эффективное время перезарядки уровня с большей глубиной залегания. При выводе этого уравнения предполагалось, что 3 ≫ 2 > 1 , концентрации уровней1 и 2 приблизительно совпадают и энергии залегания более мелких уровней близки друг к другу (1 ≤ 2 ). Отклонение экспериментальных результатов от теоретических оценок имеет место на низких частотах и при высокихтемпературах. Уравнение (4.18) приближенно отражает частотные зависимостиемкости и проводимости структур.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
