Диссертация (1097819), страница 43
Текст из файла (страница 43)
4.19). Толщины слоев 1 , 1 , 2 , 3 , 4 и средняя величина заряда в слоях 1 , 2 , 3 , определялись из условий равенствапотенциалов и напряженностей электрического поля на границах 1 , 2 , 3 , 4 ,2505 . Изменение средней величины заряда в слое 2 , ответственной за участокдолговременной релаксации емкости может быть представлено следующим выражением:(︂(︂1 () = 3 + ( − 3 ) · 1 − exp − ( + 0 )2 − 2)︂)︂(4.20),где — коэффициент рекомбинации свободной дырки с локализованным электроном, — вероятность термического освобождения электронов с уровня 3 , — скорость оптической генерации неравновесных дырок, 0 — скорость термической генерации дырок в слое 2 .Врис.расчетах,4.14,значенияприведенныхпринятыпараметровследующиебарьераполупроводника,дающиелучшеессогласиенаинаи-эксперимен-том: = 9.7, 1 = 2.7 · 10−5 с,2 = 3 · 10−5 с, 3 = 1.7 · 10−1 сРисунок 4.19: Диаграмма энергетических зон в областизапорного контакта на электронном − 2принизких температурах после выключения обратногосмещения в момент времени .(300 K), =150 см2 В−1 с−1 ,1 = 0.129 эВ, 3 = 0.19 эВ, = 0.11 эВ, 1 = 1 · 1016 см−3 ,3 = 3.9 · 1017 см−3 ; то же на рис.
4.17, 4.18: = 9.7, 1 = 7 · 10−5 с,2 = 1.1 · 10−4 с, 1 = 0.129 эВ, 3 = 0.19 эВ, 1 = 2.2 · 1016 см−3 ,3 = 7 · 1017 см−3 , = 5.8 · 10−10 см3 с−1 , = 4.7 · 10−8 c−1 , = 1 · 104 см−3 с−1 ,0 = 1.8 · 103 см−3 с−1 .Расчетные зависимости емкости от времени по выражениям (4.23, 4.24) только на качественном уровне отражают экспериментальные результаты, в силуприближений, принятых при выводе уравнений для полной проводимости икинетики восстановления заряда в ОПЗ, поэтому на рис.
4.16 и 4.18(b) не приведены.Из экспериментальных результатов следует, что в структурах на − 2 — типа проводимости с металлами и образуется запорный слой (ОПЗ),характеристики которого определяется работами выхода электронов контакти-251рующего материала и полупроводника, концентрацией и глубиной залеганияглубоких уровней. Роль поверхностных электронных состояний контакта проявляется в меньшей степени по сравнению с барьерами Шоттки на соединениях3 5 [41]. ОПЗ формируется глубокими уровнями собственных дефектов в запрещенной зоне полупроводника. Из настоящих исследований следует, что напроцессы перезарядки глубоких уровней в обедненном слое существенное влияние оказывают термоэлектронные токи барьера.
Особенности в наблюдаемойдолговременной релаксации емкости в выпрямляющих контактах на − 2могут быть связаны с — или — центрами [233–236].Детальный анализ данных энергетической структуры в запрещенной зоне и характеристик собственных дефектов электронного − 2 и изучение механизмов, обнаруженныхнами особенностей в проводимости структур на −2 может быть полезнымпри разработке принципов построения элементов «памяти» в полупроводниковых приборах и регистраторов световых потоков с интегрирующими свойствами.4.5Характеристики контактов на кристаллах 2 и 2 — типапроводимости.
Влияние ТОПЗ на перенос заряда в тонких слоях2 .Сведения о характеристиках выпрямляющих и омических контактов на материалах 2 5 дырочной проводимости немногочисленны [59,154,210]. Высотыбарьеров на 2 с металлами являются низкими — 0.2 эВ для контактов с и и 0.35 и 0.53 с In и Ca соответственно. Высота барьера − − 2составляет 0.47 эВ и 0.5 эВ для барьера − − 2 [207]. На рис. 4.20представлены ВФ и ВАХ структуры − 2 .Контакты с материалами с большим значением электронного сродства не обладают выпрямляющими свойствами. Линейность ВАХ таких контактов выполняется для большого интервала приложенных напряжений, вплоть до началаэффективного разогрева кристаллов джоулевым теплом и в широком диапазонетемператур 77 ÷ 550 К.Дырочный тип проводимости и концентрация в нелегированных кристаллах − 2 определяется собственными дефектами с энергией залегания252Рисунок 4.20: A — характеристики полной проводимости, В — вольт — амперные характеристики барьера − 2при комнатной температуре.
Характеристика полной проводимости снята на частоте465Гц.в запрещённой зоне = 0.36 эВ и 0.30 для отожженных кристаллов при = 850 K [237]. С дырочным 2 практически все металлы образуют омические контакты. Запорный контакт с также не образуется.На рис. 4.21 представлены зависимостиудельного сопротивления от температуры для кристаллов, полученных при разных технологических режимах.В первой группе кристаллов во всёминтервале температур проявлялся одинучасток соответствующей энергии активации акцептора 1 = 0.3 эВ. Во второйгруппе проявляются два участка с энергиями активации 1 = 0.15 эВ и 0.23 эВ.Характерной особенностью является то,Рисунок 4.21: Температурные зависимостиудельного сопротивления моноклинныхкристаллов2и2 : 1,2 .2, 3 —2 ,4, 5 —что участок с большей энергией активации проявляется при низких температурах.
Энергия активации полученная изизмерений проводимости структуры на переменном токе отличается и составляет 0.11 эВ (зависимость 2 рис. 4.21). Частотная зависимость проводимостиотсутствует в диапазоне частот 10 ÷ 106 Гц.253Вольт — амперные характеристики исследуемых структур − 2 − на тонких слоях дырочного дифосфида цинка в интервале температурпредставлена на рис. 4.22.При температурах ниже комнатной на характеристиках проявляется несколько участков на которых ∼ , ∼ 1.4 , ∼ 2 и переходную область к ПЗЛ .При температурах ∼= 78 K линейную область измерить не удаётся из — заочень малой величины токов через структуру ≤ 10−13 А.
Непосредственноможно наблюдать только квадратичный участок и переходную область к ПЗЛ .Температурная зависимость тока на линейном участке соответствует энергииактивации проводимости 1 = 0.16 эВ. (рис. 4.23).Такое поведение тока в структурах − 2 − связано с его ограничением — объёмным зарядом ловушек для основных носителей заряда при монополярной инжекции. Дальнейшие исследования подтверждаюттакое предположение. Из экспериментальных зависимостей тока отнапряжения в области резкого егороста можно определить концен − 2 − при289; 2 — 266; 3 — 249; 4 — 216; 5192; 6 — 154; 7 — 78.трацию ловушек:Рисунок 4.22: ВАХ структуртемпературах,K: 1 ——−6ПЗЛ = 0.9 · 102 · ·,где: — толщина кристалла, — концентрация ловушек для основных носителей заряда, — диэлектрическая постоянная полупроводника.При выходе на участок напряжения полного заполнения ловушек наблюдались микропробои.
В последствии по периферии проводящей плёнки наблюдались области (ямки) где вещество плёнки и полупроводника полностью испарены. Это указывает на шнурование тока и образование микроплазм.254При отсутствии контроля тока на участке ПЗЛ пробой переходил в тепловой,при этом разрушался кристалл. Проводимость участка образца после пробояоказывалась на несколько порядков выше проводимости до пробоя и ток определялся пробойной областью. Эти обстоятельства дают основания считать, чтоучастки ВАХ на которых ток ∼ 1.4 определяются пробойными областями.Дополнительную информацию о переносе заряда в высокоомных полупроводниках можно получить из фотоэлектрических явлений и вольтамперных характеристик при подсветке структур излучением из разных спектральных областей.
На рисунках 4.24 показана импульсная ВАХ структуры −2 − с подсветкой светом из собственной области.Генерация электронно — дырочных пар приводит к увеличению проводимости структуры. Изменение фототока в квадратичной области ВАХуказывает на доминирующее влияние процессовзахвата основных носителей на перенос заряда.Освещение анодной области кристалла не оказывает влияния на ВАХ, а освещение катодной области приводит к росту тока и уменьшению падениянапряжения на структуре. Напряжённость электрического поля на аноде при любых условиях эксперимента равна нулю. На катоде напряжённостьполя уменьшалась с увеличением интенсивностиРисунок 4.23: Температурныезависимости сопротивленийструктур − 2 − ,измеренных: 1,2 — на постоянномтоке, 3 — на переменном токе.падающего света из собственной области поглощения до нуля, при подсветкекриптоновым лазером с мощностью излучения ∼ 1 Вт.
Контактная фото —ЭДС, при любых уровнях освещённости структуры, не превышала 1 мВ.255В отсутствии освещения структуры ВАХ описываются простой моделью ТОПЗ при монополярной инжекции [238]:4 · · ( + ) ,=0 · =, = · − ,+ = · · · ,( + ) += 0,∫︁|=0 = 0, · = .(4.21)(4.22)(4.23)(4.24)(4.25)0Здесь: (4.22) — уравнение Пуассона, (4.24) — уравнение для плотности тока,(4.25) — уравнение непрерывности, (4.25) — граничные условия. Выполнениеграничных условий устанавливалось по спектрам экситонного отражения приочень слабом зондирующем излучении.При азотных температурах в исходных состояниях все уровни прилипанияпустые. На это указывает квадратный участок предшествующий напряжениюПЗЛ .
Электрический ток и распределение поля в кристалле в условиях возбуждения электронно — дырочных пар светом в прикатодной области описываетсясистемой уравнений:=· ( − − + ) ,0(︂)︂ · 11, 1 = · exp −, = + 1(︂)︂ · 22 =, 2 = · exp −, + 2= 0 · −(−) − Θ · · , = · ( + ) · .(4.26)(4.27)(4.28)(4.29)(4.30)Расчёты показали, что в отсутствии уровней прилипания (в рамках этой модели) для электронов при любых уровнях возбуждения поле не уменьшается донулевых значений.
Электронные уровни прилипания приводят к уменьшениюполя на границе кристалла. Вольт — амперная характеристика при этом пре-256 − 2 − в соответствии с моделью (4.22) — (4.25); B — ВАХ − 2 − при наличии освещения (уравнения (4.27) — (4.30)).Рисунок 4.24: A — ВАХв структуреобразуется к виду характерному для биполярной инжекции. Ограничение токапроисходит зарядом на ловушках и свободными носителями обоих знаков.При расчётах в соответствии с выше приведёнными моделями использовались следующие значения параметров: — заряд электрона, = 0.5 · 10−2 —подвижность дырок, = 5·10−2 — подвижность электронов, = 30 мкм — линейные размеры образца, = 8.8410 · 10−12 и 0 — диэлектрические константы,0 — масса свободного электрона, = 0.1 · 0 и = 0.5 · 0 — эффективнаямасса электрона и дырки соответственно, 1 = 6 · 1018 см−3 и 2 = 1020 см−3— концентрации ловушек, 1 = 0.25 эВ, 2 = 0.3 эВ и = 0.16 эВ глубинаих нахождения в запрещённой зоне соответственно, = 1.48 эВ — энергия(︁)︁3/2(︀ 2 )︀3/22 −13запрещённой зоны, Θ = 10 , = 2 ·,=2·,ℎ2ℎ2ℎ — постоянная Планка, = 0.006 Дж — термодинамическая температура,(︁)︁(︀ )︀√ = · exp − , 0 = exp − .На рисунке 4.24(A) показана вольтамперная характеристика структуры примонополярной инжекции.На рис.
4.25(A) представлено распределение поля по кристаллу в отсутствиеподсветки (0 = 0) и при токе через кристалл 0.6 · 10−4 А.На рис. 4.24(B) приведена вольт — амперная характеристика структуры приналичии подсветки (0 = 1022 ).257Рисунок 4.25: A — распределение поля по кристаллу2в структуре − 2 − в соответствии с2 в структуремоделью (4.22) — (4.25) в отсутствие подсветки; B — распределение поля по кристаллу − 2 − в соответствии с моделью (4.27) — (4.30) в отсутствие подсветки.На рис. 4.25(B) представлено распределение поля по кристаллу при различных уровнях освещения, 0 : 1 — 1025 , 2 — 1.5 · 1026 , 3 — 5 · 1026 .В рассмотренных моделях не учитывались полевые зависимости подвижности и других кинетических параметров материала в области максимальных напряжённостей электрического поля в прикатодной области, а также диффузионная составляющая тока неосновных носителей заряда, рассмотрение которыхможет внести дополнительные корректировки в модели переноса заряда.258Глава 5Гетеропереходы на полиморфныхмодификациях 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
