Аномальные кинетические явления в пленках антимонида индия с электронным типом проводимости Зюзин, Сергей Евгеньевич

Введение к работе

Актуальность проблемы.

Уже более тридцати лет развитие физики и технологии тонких полупроводниковых пленок оказывает существенное влияние на успехи современной электронной техники. Изучение электрических, оптических и других физических свойств позволило установить ряд особенностей электронных процессов в тонких пленках.

Особое место в физике тонких пленок занимает вопрос получения слоев со свойствами, близкими к свойствам массивных монокристаллических материалов. В настоящее время разработаны методы выращивания совершенных слоев Ge и Si, достигнуты значительные успехи в создании монокристаллических пленок соединений групп А'"В и A"B^vi.

Среди данных материалов соединения A"'B^V представляют собой особый интерес. Они технологичны, характеризуются большими значениями подвижности электронов и. дырок, широким диапазоном ширины запрещенной зоны, могут быть легированы до высоких концентраций акцепторов и доноров. На основе этих слоев созданы приборы, не уступающие по своим характеристикам приборам, изготовленным из монокристаллов.

Однако, в последнее время было замечено, что пленки соединений A^InB^v и, в частности, антимонид индия, обладают, в зависимости от ряда факторов, аномальными свойствами, к которым относятся эффект Холла, магнетосопро-тивление, термоэдс, фотопроводимость, которые можно использовать для создания принципиально новых приборов. "Особый интерес представляет вопрос изучения влияния подложки на структуру и свойства слоя. Нами в качестве подложки использовался кремний -материал, широко используемый в микро-

электронике. Было известно, что подложка из монокристаплического кремния оказывает существенное влияние при получении пленок антимонида индия с электронным типом проводимости на формирование и свойства слоя (образование специфических макродефектов, и, как следствие, появление аномального эффекта Холла). Однако многие физические явления в этих пленках до настоящего времени не изучены. Также были изучены ранее свойства поликристаллических пленок антимонида индия с электронным типом проводимости, выращенных на подложках из монокристаллического кремния при температурах подложки 450...500С. Вместе с тем, поликристаллические пленки антимонида индия с электронным типом проводимости, выращенные на подложке из монокристаплического кремния, полученные при температуре подложки ~300С, являются компенсированными и их свойства не изучены. Приведенные факты свидетельствуют об актуальности настоящего диссертационного исследования.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является исследование кинетических явлений в пленках антимонида индия с электронным типом проводимости, выращенных на подложках из монокристаплического кремния, для выяснения специфических особенностей их свойств и возможности создания приборов на их основе.

В соответствии с целью были сформулированы следующие задачи:

1. Получить компенсированные слои антимонида индия n-типа проводимости методом дискретного испарения с последующей термической перекристаллизацией на подложках из монокристаллического кремния.

2. Выяснить влияние дефектов структуры на электрические, гальваномагнитные, термоэлектрические и фотоэлектрические свойства пленок антимони-

да индия с электронным типом проводимости в диапазоне температур 77-

350К. 3. Показать возможности создания принципиально новых приборов на основе

поликристаллических и перекристаллизованных пленок антимонида индия

с электронным типом проводимости.

Объект и методы исследования. Объектами исследования в данной работе являются компенсированные пленки антимонида индия с электронным типом проводимости, выращенные методом дискретного испарения с последующей термической перекристаллизацией на подложках из монокристаллического кремния.

Научная новизна. В работе впервые:

3. Установлено, что процесс термической перекристаллизации поликристаллических пленок антимонида индия с электронным типом проводимости, выращенных на подложках из монокристаллического кремния методом дискретного испарения при температуре конденсации 300С, приводит к образованию крупноблочной структуры с макронеоднородностями, вследствие чего подвижность носителей заряда, фоточувствительность возрастают в 3...5 раз, а степень компенсации уменьшается от 0.8 до 0.5.

4. Показано, что потенциальные барьеры, возникающие на границе зерен в поликристаллических образцах антимонида индия с электронным типом проводимости приводят к аномальному возрастанию термоэдс (до 800 мкВ/К) в области комнатных температур.

5. Показано, что возникающая на границе пленки и подложки гетерострукту-ра n-InSb-p-Si., осуществляет эффективное разделение носителей заряда, вследствие чего фотопроводимость образцов положительна, в отличие от монокристаллов и слоев, выращенных на диэлектрических подложках.

Практическая значимость. Полученные результаты исследования влияния сильного электрического поля на механизм токопрохождения в перекристаллизованных пленках антимонида индия с электронным типом проводимости использованы при разработке пленочного датчика электрического поля, на что получен патент на изобретение №2148791 и могут быть использованы при разработке и создании модуляторов ИК излучения и других новых приборов различного назначения.

Основные положения, выносимые на защиту.

6. Особенности структуры перекристаллизованных пленок антимонида индия с электронным типом проводимости, полученных термической перекристаллизации поликристаллических образцов, обусловлены концентрационным переохлаждением и образованием областей нестабильного расплава.

7. В исследованных температурных интервалах механизмом рассеяния носителей заряда является комбинированное рассеяние на тепловых колебаниях решетки и атомах ионизированной примеси, при этом холловская подвижность (ц_х )~Т⁰-⁷ и Т^0,1? (77-220 К) и ц*~Т'^и и Г⁰'⁴ (>280 К) для поликристаллических и перекристаллизованных слоев соответственно.

8. Структурные неоднородности поликристаллических и перекристалли-зованных слоев антимонида индия с электронным типом проводимости приводят к аномалиям свойств: уменьшению подвижности с понижением температуры (77...250К), неомичности ВАХ в полях 8... 10 В/см, возрастанию тер-моэдс до 800 мкВ/К в области комнатных температур.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на IV Всероссийской конференции по физике полупроводников в г.Новосибирске (1999) и II Международной конференции в г.Саранске (1999), на семинаре

федры физики полупроводников и микроэлектроники ВГУ (2000), на семинаре кафедры экспериментальной физики ВГУ (2000).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, включая три статьи в центральной прессе, одно изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, раздела "Выводы", списка цитируемой литературы из 161 наименования. Общий объем работы составляет 108 страниц, включая 32 рисунка, 2 таблицы.