Низкочастотные шумы в InSb Гусейнов, Назим Яхья оглы

Введение к работе

Актуальность темы. Антимонид индия находит широкое вфиме-. пение во многих отраслях науки и техники, В частности на его основе изготовлпваытся фоточувствигельные элемента на область спектра 3-5 ыки. Современная технология позволяет получать этот материал с заранее заданными основными электрофизическими параметрами с хороши пространственной однородностью. При этом.кон-центрагзя остаточной лримеси весьма юла и мояэт не превышать значения 10 си . Хорошо отработанная технология и удачное сочетание основных параметров, таких как большое значение подвижности, малая эффективная масса носителей тока и узкая ширина запрещенной зоны обусловили использование этого материала для получения и изучения многих физических эффектов, наприыер.пинч-эффекг в полупроводниках, ударная ионизация типа зона-зона и

'^т* ' ' f QD

аресте с теп природа флукгуационяых процессов в ,

знание которых необходимо для создания приборов на его основе

изучена крайгз шло. Особенно калоп'зучэнвыш явднотся фяукхуа-

цаошшз. процессы, преобладание в низко- :і ивщрзнизкочаетотнсй

области.

В литературе имеется отрывочные и 'часто -протйворвчиЕяе
сведения о- поведении '/ шума в JnSb . Например, в» этой ка-
териале получены минимальные для полупроводников значение ам
плитуды шует. Однако, у различных авторов количественная оценка;
уровня путла в Jrt So отличается на 4-5 'порядка. Обнаружена ано
мальное иоведениз (по сравнению с Ge , ОІ к volJS J зазисх-
мостей Ж щуш от напряаенноста элвктрпчаского и. магнитного
полей. * '..'

Схожесть зояноЗ структуры, механизмов рагесеякшг и основных
электрофизических свойств JnSb с Cd_xH^J_Jp_w материалом-» прак
тически единственно используемый" в настоящее вреш; для изготов- ~
ления фотопрпвыников на область спектра 8-14 икы, может позво
лить распгростзЕнть' результаты научання шуьгавнх пэряштрав к га
этот материал.' . '-

В современной физике полупроводников к твориа твердого) г»-, ла прооблздашг два направления аФьяснявдяэ згзхэ-нлзгяе вазвикнсшЕ-шн у щгз. Согласно первому, этот вид вума вегашпезвт a pew . . зультате. ззап.тодййстЕяя носителей тока в «Зъелв матерная»; е оо-

верхносгнымл сосгояшіш.л, лрису.'ствумлкш на роальноіі поверхности полупроводника. Тако.і процесс кокет дс.ть времена еизни, необходимые для возникновения /Р щука з широком диапазоне частот. Однако, в ме^р аллах, как известно, поверхностных состояний с большкш врзшнаш релаксации не существует a IP шум,' ; по-видимому, не связан с поверхностными явлениями. На основании поверхностной модели также трудно объяснить'зависимости /I шума от напряженности электрического и магнитного полей.

другое направление связывает возникновение щ шума с чисто объемными процессами. При .этом считается, что флуктуации проводимости могут происходить либо" за счет флуктуации .концентрации (полного числа) носителей тока, либо за счет флуктуации их подвияностн. Модели, основанные на таких предположениях стра-даат одним существенным недостатком: в них не найден такой физический механизм, который бы отвечал за возникновение шума на. достаточно низки -частотах (виде, ~І 1ц). '

Поэтому,- исследование У/ шума в таком хорошо изученном материале, -каким является JnSb открывает достаточно широкие возможности определения'зависимостей этого шума от контролиру&-шх физических параметров и может дать новую физическую информацию о У/ шуме.

Кроме % шума и генерационно-рекоибинационного-шума к низкочастотным шумам ъ^п 2о моїшо отнести и специфический, так называемый,"взрывнойчзуад", наолвдаадийся в ваде импульсов напряжения или тока, вероятность появления которых, непостоянна. Этот вид шума также крайне мало изучен. Существующие модели не могут объяснить .'его особенностей. Поэтому, изучение взрывного шума в JhSb о целью выявления механизмов его возникновения может позволить разработать методы уменьшения'вероятности его возникновения и подавления взрщного ыума.

Цедыа идсуоацеа рабо^явлйяост, выявление источников и ьівхаяазмов V/ . пуна , генераціїоико-рекоыбинационного и взрывного шуі ов в конокрцстаішгческих образцах Jh S-& р- и ij-тшю проводимости, ишщих различную концентрацию носителей тока, степень ко'.шенсзпки ц обработку- поверхности, и определение за -висашста уровня ыумоа от,контролируемых ' фазлческих' парамот-

ров материала.

Для достижения поставленное цели было необходимо:

1. Провести измерения тешературкьк зависіії.:огтіи спектральной плотности шума подшелооти к концентрации носителэл тока.

2. Исследовать влияние ипнектироваёнцх электронов па величину '*/% шутла в образцах р-тппа.

3. Исследовать характеристики взрывного шут,іа, раопг.едйЛё -ние его спектральной^- плотности, определения условии его миниыи-

. зации и максимальной вероятности появления.

4. Разработать методику ззмерешы низкочастотных шумов при
прилояеніш шлпульсного смешения.

Объектом исследования являлись шнокристаллические образца Jnbb п- и р.-типа проводимости с различное обработкой поверхности, концентрация носителей тока п_: подвижность которых изменялись в достаточно широком диапазоне. Такий материал обычно использу -ется для изготовления'прг,рглников излучения на область спектра 3-5 і.ш.1.

Научна л новизна работы заключается в оледузде:.;:

4. По казано, что параметр У/-.шума, оС , определяндпіі относительны.! уровень ^ "луі.ш з образцах п-типа пои 60 К, как правило, возрастаем с уменьшение;:' подв:г.тассти носителе.': тока, лронеходдщеіі за счет.увеяичзкия концентрации .пришей.

5. 2 зависимости от условий эксперимента (температуры, качества обработки поверхности ц напряженности электрического по -ля) устакоачепо, -что в --/т5ь могут проявляться как шшплуи три источника 4/f шума, одни из которых связан с поверхностью, а два с объемом образца. Установлено, что один из объе:"лшх источ -і шпеов мо.\-ег сыть 'связан с неоднородна-1 распределением пришей. Такое распределение способствует созданию дрейфових п рекомбина-ционных барьеров, от -.етствених за долго:доменную релаксацию и остаточную лрозодшость-цроцессов, прегенаыдих с достаточно большими постоянными времени, которые необходимы и для возникновения */t uyi.ui в широкой диапазоне частот.

6. Установлено, что разогрбу инжектированных через кон -тактную область электронов в штерпаяа р-типа кокет приводить к значительному возрастанию ty -шуі.іа, что объясняется изменением вероятности рассеяния инжектированных электронов при их ВЗаіШО-Де.ТОТВШІ С ПОЛЯрНШШ' ОПТИЧЄСКІГ.И фолокаг.п.

4. Установлено, что возникновение взрывного шума полег быть связано с локальными S-образностяш ЗЛХ исследуемых образцов,которые происходят за счет увеличения.времени, жизни инжектированных электронов. Показано, что при определенных условиях,когда импульсы взрывного шума возникают одновременно на нескольких участках образца спектр шума становится близким к fyf .

5. Показано, что поведение зависимости Su/ц*- от Е разновесного' ifp шума при наличии взрывного шума тлеет такой ке характер, как и в образцах без взрывного шума.

Практическая ценность.

1. Определены условия (-диапазон значении основных электрофизических параметров материала 3)\.9>ь ), при которых уровень ///> шума минимален.

2. Показана возможность уменьшения уровня Vl шума в матери-але р-типа путем введения в него инжектированных, через контактные области электронов.

3. Разрс.'отана и обоснована методика измерена.! низкочастотных шумов в полупроводниках при приложении импульсного смещения .когда длительность иглпульса намного меньше Обратной частоти анализа шума.

4. Определены условия при которых с -наибольшей вероятностью, начинают проявляться различного рода нестационарные -шумы, в частности "взрывной шум".

Основные положения, выносимые на запиту.

1. В области примесной проводимости в моиокрисгалличесдкх об
разцах Ли St толщиной не менее (70+100)мкм, имеющих протравленную
поверхность, обеопачиващуи скорость поверхностно"! рекомбинации
не более 10? см/с, величина аС возрастает с увеличением"концен
трации примеси и возникновение 1/р шутла обусловлено галуктуаци-

'ями концентрации основных носителе!': тока.

2. В образцах р-типа .двойная инкекцкя электронов и-дырок играет значительную роль в формировании ⁱIf шума. Эта роль заключается в-изменении заполнения примесных центров _Е разогреве инжектируемых электронов в"сильных" электрических ^ОЛЯХ.

3. Возникновение шагульсов-взрывного шума в р- УпЪъ в условиях инжекщш в ооласти напряжении, соответствующих S- образному. участку ЗАХ, обусловлено переходами локальных участков образца из "шсокоомного" состояния в "нкзкоомное".

Достоверность результатов работы основываемся на использовании аттестованных и поверенных измерительных установок , хорошей воспрсязвадимостьй измерений , сравнений полученных данных с

- У -

результатами приводимыми в литературных источниках.

Адробзция т>аботн. Результаты диссертационное работы докладывались на 'Л и XIII совеившшх по полупроводниковым преобразователям излучения в г.Ыосжве 1984 к I9S7 гг., на III Всесоюзной конференция "-ілуктуациошше явления в физических системах" в г.Пучино. 1965 г., и на конференции їлолодах ученых в г.Баїсу 1905г.

Публикации. Основное содержание диссертационно:-: работы отражено в 5-й-опубликованных работах в международных я республи--: кансккх изданиях.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, пяти глав, изложения основних результатов ц выводов, списка исполь -зованной литературы. Содержи 129 страниц машинописного текста, 25 рисунков, I таблицу, список литературы из 106 наименовании, включая работы автора. '