Зи - Физика полупроводниковых приборов том 1 (989591), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Кроме того, если металлургическая граница получена на неровной поверхности полупроводника, то электрически активная площадь может оказаться больше внешней геометрической. Умножая уравнение (49) на А„(площадь электрически активной области), получим ! и (/г/Та) = 1и (А„А*') — д (у „— Ч„)//~Т, (84) Глава Я где д (<р „— 1/ ) — энергия активации. В ограниченном интервале температур (например, 273 К < Т < 373 К) можно считать, что величины А*' и ув„не зависят от температуры.
Если при этом напряжение смещения в прямом направлении поддерживается постоянным, то из тангенса угла наклона зависимости 1п ~/~/Та) от 1/Т найдем высоту барьера ~рв„, а из линейной экстраполяции до 1/Т = 0 получим произведение электрически активной площади А, на эффективную постоянную Ричардсона А*а. Метод энергии активации занимает важное место при исследовании металлургических реакций на поверхносги полупроводника. На рис. 27 приведены зависимости тока через контакты А! — Я и-типа от температуры, полученные после отжига при разных температурах. Изменение наклона этих прямых указывает на то, что эффективная высота барьера Шоттки почти линейно увеличивается от 0,71 до 0,81 В при изменении температуры отжига от 450 до б50 'С.
Измерения высоты барьера методами вольтамперных и вольт-фарадных характеристик приводят к аналогичному результату. Очевидно, что когда достигается эвтектическая температура системы А1 — Ы ( 580 'С), структура контакта должна сущеетвенно измениться. После отжига при температуре выше эвтек- т/т 7Г Юб'б' т, Л Рис, 27. Зависимость тока от температуры в координатах, используемых для определения высоты барьера 1471, Контакты металл — полупроооднин тической точка пересечения прямых на рис. 27 с осью ординат смещается, что соответствует двукратному увеличению электрически активной области диода А1 — 81.
Метод вольт-фарадной характеристики. Если к постоянному напряжению смещения добавить слабое переменное, то на поверхности металла и в полупроводнике будут индуцироваться дополнительные переменные заряды противоположных знаков. Соотношение между С и Р представляется формулой (9). На рис. 28 приведены типичные зависимости 1!С' от приложенного напряжения. Найдя точку пересечения экстраполирующей прямой с осью напряжений, можно определить высоту барьера [31, 341: 'нТ р .=1'+~ + — — Лр, (85) где к'; — точка пересечения с осью напряжений, а д1'„— разность энергий между уровнем Ферми и дном зоны проводимости в полупроводнике, которую можно вычислить, если известна концентрация легирующей примеси. Последнюю в свою очередь можно найти из тангенса угла наклона рассматриваемой зависимости (формула (10в)).
(Этот метод можно использовать также для определения профиля легирования эпитаксиальных слоев.) 1 г В Рис, 28. Зависимость 1~Сз от приложенного напряжения для диодов % — Я и % — баАз 1311. Глава о ~г сг Рис. 29. Полупроводник с одним мелким и одним глубоким донорными уровнями.
Фо и Нт — концентрации соответственно мелких и глубоких доноров [351. Метод вольт-фарадной характеристики может быть использован для изучения глубоких примесных уровней. На рис. 29 показан полупроводник с одним мелким и одним глубоким донор- ными уровнями 1351. При соответствующем изгибе зон все глубокие примеси с энергией выше уровня Ферми ионизированы, что приводит к более высокой плотности пространственного заряда вблизи поверхности. Если на постоянное напряжение смещения наложено слабое переменное и если заполнение глубоких примесных центров успевает следовать за этим сигналом, то примесные центры дадут дополнительный вклад дУ/ИР в емкость.
На рис 30 приведена зависимость 1~С' от Р при разных частотах. Низкочастотные зависимости можно использовать для изучения свойств глубоких примесей, Для определения высоты барьера в полупроводнике с одним мелким и одним глубоким примесными уровнями (рис. 29) надо получить вольт-фарадную характеристику при двух различных температурах 1391.
фотоэлектрический метод. Этот метод является прямым и самым точным методом определения высоты барьера 1361. Прин- Контакты металл — полупроводник 3О1 ПК О -Пд' -~П '1а~ряжение смещения, 9 Рис. 30. Зависимость 1/Са от напряжения при разных частотах (35), при х~О, (86) где М, = д<у„„— высота барьера, Е, — сумма Ыо и энергии Ферми, отсчитанной от дна зоны проводимости металла, х = — 6 (~— ципиальная схема эксперимента показана на рис. 31.
Когда образец освещается со стороны металла монохроматическим светом' с энергией Ь~ ) дтрв„, в металле возбуждаются электроны с энергией, достаточной для преодоления барьера — процесс (1). Если при этом М ~ Е,, а пленка металла достаточно тонкая, то свет, частично проходящий через нее, генерирует электронно-дырочные пары и в полупроводнике — процесс (2).
При освещении образца со стороны подложки также возможно возбуждение электронов в металле с энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, т. е. с Ь~) урво — процесс (1). Однако, когда М -~ Е„, свет будет сильно поглощаться вблизи тыловой поверхности йолупроводника и вероятность того, что генерированные здесь электронно-дырочные пары достигнут границы раздела металл — полупроводник, очень мала. В теории Фаулера 137) зависимость квантового выхода Я от энергии фотона Йч выражается формулой Глава Б и РеРещ етее мета Е~ Ьу ф Металл Полуграйдпик Рис, 3!.
Принципиальная схема установки для фотоэлектрических измерении (а) и энергетическая диаграмма процессов фотовозбуждення (б). иа)ИТ. При условии, что Е, ~) йч и х -: 3, вместо выражения (86) можно использовать упрощенные выражения Я (Ь вЂ” 1ю,)' при Ь (~ — ~,) ° ЖТ, (86а) или у ~ гг(~ ~о).
(86б) Построив зависимость корня квадратного из фотоотклика от энергии фотона, получим прямую линию. Экстраполируя эту прямую на ось энергий, сразу получим высоту энергетического барьера. На рис. 32 показана зависимость фотоотклика диодов  — 9 и % — баАз от энергии фотона, Видно, что высота барьера для этих приборов равна соответственно 0,65 и 0,80 эВ, ЗО3 Контакты металл — полупроводник Фотоэлектрические измерения можно использовать также для определения других параметров прибора и свойств входящих в него материалов.
Эти измерения были использованы, в частности, для определения высокочастотной диэлектрической проницаемости кремния 1101. Находя граничную частоту фотоотклика при различных запирающих напряжениях, можно определить соответствующее понижение барьера Лгр. Построив, как показано на рис. 5, зависимость Лгр от ф' Ж, найдем эффективную диэлектрическую проницаемость а,/е,. Кроме того, фотоэлектрические измерения были использованы для определения зависимости высоты барьера от температуры 1381. С этой целью измерялась граничная частота фотоотклика при разных температурах диода Аи — Я.
Оказалось, что сдвиг граничной частоты достаточно хорошо «отслеживает» температурную зависимость ширины запрещенной зоны. Это означает, что уровень Ферми на поверхности раздела Аи — Я занимает фиксированное положение относительно края валентной зоны. Последнее вполне соответствует выводам разд.
5.5.1. Результаты измерения высоты барьера. Для измерения высоты потенциального барьера в системе металл — полупроводник исполь.,' зовались все описанные выше методы. В случае совершенного контакта к чистой поверхности полупроводника эти методы приводят к одному и тому же значению с точностью -1-0,02 эВ. Причинсй существенных расхождений между результатами, полученными различными методами, могут быть загрязнения поверхности, 7 пг пу ю и ~г р М, л9 Рис.
32. Зависимость корня квадратного из фотоотклнка, пересчитанного на один фотон, от энергии фотона для диодов % — Я и % — баАз 13! 1. ф с оъ о" оо о «О СО оо оо о- со«О С'Ь 00 С» С ° 00 'Ф о о о- с о О«О о а 00 «О 00 СОЭ о о О« сО «.О о оо 00 С«С оо 0« ОО- 00 со сО Ос сО« о"-"о о О 00 00«ОО «О с'Э сС' С о о о Ос Я«О ос о о оо о О«ОО ~«ООСОЬГ ООСЧОСЧГ-С-СЧ000О С СО СО ОО СО О«ос «О СО СО О« '«С'00 $ ~С'«О Г С' о о о о — о со о о о о — о о о о о о ОС ««О О«О У ООсО о о о ос Ф ««Ф «ОООО«О И С«00 С СО СО С с.« ~ с«оооо" ОО ОСЛО о оосч «О «С0 сО Сс С0 о ЖЯРЖ оооо С со СЧ ОсосОООС СЧ ~С' сО О «О «О О 0Р 'б' ОС ОО бросс с»сОО с«с о а о Р' «с оо ~о о о С со сО сО о" о — о со сс; оо о 00 о Ф' «О 00 Ф о С'4 00 3' С- 0О 0О оо- о о о 0О ОО со сО о« оо: '«с' 00 о «О о 0О ~«О «О 3О о о о СО СО ОЪ СО со с'3 «с' оо сч со ~'„00 оо" со с со 00 о Сс 0О о" оо СЧ 00 СО 00 СО «О Оъ о Контакта металл — полулроаодншс 305 промежуточный изолирующий слой, краевые токи утечки или глубокие примесные уровни.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
