Введение к работе
Актуальность работы. Решение целого ряда задач современной твердотельной микроэлектроники не может быть достигнуто совершенствованием технологических принципов создания только кремниевых интегральных :хем (ИС). Ограничение быстродействия полевых транзисторов со структурой металл-диэлектрнк-полупроводник (МДП) на основе кремния, связан-юе с низкой подвижностью носителей заряда в канале, является следствием їх сильного рассеяния на неоднородно распределенных заряженных цен-рах в Si02 и на границе раздела SiCh-Si. Для повышения быстродействия іктивньїх элементов ИС возможно использование полупроводниковых сое-[ннений типа AmBv с высокой подвижностью носителей заряда. С целью >асширения спектрального диапазона приемников оптического излучения .ктуально формирование новых типов гетероконтактов также на основе со-динений Ai!JBv . Наряду с уже используемыми в твердотельной микроэлек-ронике GaAs и InP представляют интерес узкозонные полупроводники с іолее высокой подвижностью электронов InSb и InAs. Однако до настоящего времени теоретические пределы быстродействия полевых приборов на існове гетероструктур металл-дголектрик-полупроводник не достигнуты, виду трудностей формирования совершенной границы раздела диэлек-рмтс-полупроводник A1!1BV . Возможности формирования совершенной раницы раздела в МДП-структурах с малой плотностью поверхностных лектронных состояний (ПЭС) расширяются при использовании в качестве одзатворных слоев широкозонных полупроводников. В работах Сыноро-а В.Ф. и Сысоева Б.И. показано,что требованиям, предъявляемым к полу-роводниковым слоям, используемым в качестве диэлектрических в МДП груктурах, наиболее полно удовлетворяют тонкие пленки соединений типа „2шВзУІ. В связи с этим получение и исследование гетероструктур М - тонни слой А2шВзу1 -InAs является актуальным и практически значимым.
Цель работы состояла в изучении закономерностей формирования ге-:ропереходов на основе арсенида индия со слоями широкозонных полу-роводников типа А?шВзУ1 и электрофизических процессов в слоях А^Вз^ и гетероструктурах на основе InAs.
Основные задачи исследования вытекают непосредственно из цели аботы:
-
Исследование условий формирования гетеропереходов ІщТез-InAs, i2iGa2{i-it)Te3-InAs, ImSj-InAs.
-
Исследование структуры слоев и переходных областей в гетеро-руктурах на основе InAs.
-
Изучение параметров центров локализации заряда (ЦЛЗ) в ело ІтТез, InisGa2(i.i)Tei.
-
Исследование процессов экранирования электрического поля в г левых гетероструктурах М- ImSj-InAs.
Объекты и методы исследований. Использовались подложки из In. марки ИМЭ-1А, ИМЭ-2А, ИМЭ-ЗА с ориентацией [100] и [111].
Слои ІпгБз, ІпгТез формировались методом гетеровалентного замеи ния в анионной подрешетке элемента Bv на халькоген в процессе терми1 ского отжига. Кроме того, слои ІшТез и Іп^ОагсиДез получали соиспа] нием из независимых источников. В качестве металлических контрэлектт. дов использовались слои А/, нанесенные через маску методом термическа испарения в вакууме.
Состав и структура полученных слоев исследовались методами эл< тронной Оже-спектроскопии, рентгеноспектрального микроаналіі (РСМА), электронографии "на отражение" и "на просвет", электронн микроскопии в растровом и просвечивающем электронных микроскоп; При исследовании электрофизических свойств анализировались вол фарадные (C-V), вольт-амперные характеристики (ВАХ), температури зависимости тока, дифференциальной проводимости и емкости в диапазс температур (90 - 500) К.
Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые: . «установлены механизмы протекания гетеровалентного замещенш системе теллур - арсенид индия; выделено 3 возможных механизма обра: вания слоя; дано объяснение образования макроскопических неоднороді стей в слое одновременным действием двух механизмов;
определены параметры ЦЛЗ в тонких слоях ІпаТез и Іп&ОагоооТез;
установлена связь концентрации ЦЛЗ акцепторного типа со стр; турным совершенством слоя;
обоснована методика определения параметров переходных слоев C-V характеристик;
методами электронографии и электронной микроскопии показа] что в переходной области в гетероструктурах In2S3-InAs и In2*Ga2(i.x)Te InAs присутствуют участки слоя, отличающиеся по своей кристаллограф ческой ориентации от ориентации подложки InAs и верхней части слоя.
Практическая значимость работы. Выводы относительно механизм гетеровалентного замещения, сделанные на основании результатов изу ния системы теллур - арсенид индия могут использоваться при практическ
реализации задач по формированию гетероструктур на основе систем халь-когенид - A,I!BV.
Предложенная в данной работе методика оценки параметров переходных областей из исследования волът-фарадных характеристик, рассматриваемых в рамках модели МДП'П-структуры, может быть использована наряду с известными методами анализа состава и структуры (Оже-гпектроскопия, РСМА, электронная микроскопия и др.) переходных областей в полевых гетероструктурах.
Технология формирования тонких слоев ImSj на InAs перспективна зля создания МДП транзисторных структур на основе InAs и защиты по-їерхности этого материала.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Граница раздела ImTej - InAs, формируемая методом ГВЗ, содержит
їьісокую плотность макроскопических дефектов .обусловленную одновре
менным действием в используемом интервале температур двух механизмов
іротекания ГВЗ в этой системе: І) термической диссоциации InAs, выделе-
тя на поверхности индия и химической реакции его с халькогеном; 2) диф
фузии халькогена в подложку с последующим выделением зародышей
щТез.
Третий механизм, основанный на химической реакции непосредственно іа поверхности InAs с замещением мышьяка на халькоген, наблюдается олько при более высоких температурах в условиях противодавления мы-иьяка.
-
Токопрохождение в тонких слоях ІпгТез и Ina,Ga2(i-x)Tej на InAs тределяется двумя глубокими уровнями в запрещенной зоне материала лоя. Концентрация ЦЛЗ с меньшей энергией активации зависит от струк-урного совершенства слоя.
-
Вольт-фарадные характеристики структур A/- ImSj -InAs хорошо щисываются в рамках модели МДП'П системы, где слой ГГ соответствует іереходной области. Из сравнения экспериментальных и рассчитанных по той модели зависимостей C(V) можно определять параметры переходной ібласти.
4. Направление роста пленки вблизи границы раздела арсенида индия
сульфидом индия не соответствует ориентации подложки InAs и верхней
асти пленки ([211] на InAs (111)). На границе раздела пленка - подложка образуется псевдоморфный слой с периодом решетки, соответствующим троенному значению постоянной решетки InAs.
Апробация работы. Результаты работы обсуждались: на V Всесоюз ной школе "Физико-химические основы электронного материаловедения' (г. Иркутск,1988), I Всесоюзной конференции "Физические основы твердо тельной электроники" (г. Ленинград, 1989), XII Всесоюзной конференции п< физике полупроводников (г.Киев, 1990), XXXV Международном научно» коллоквиуме (г.Ильменау, ГДР, 1990), Международном семинар "Релаксационные явления в твердых тепах" (г.Воронеж, 1995), симпозиум РЭМ-95 (г.Москва, 1995).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.
Личный вклад автора. Постановка задач, определение направлени исследований выполнены научными руководителями д.ф.-м.н.,профессороі Сысоевым Б.И., к.ф.-м.н. доцентом Безрядиным Н.Н.. Обсуждения резулі татов проведены вместе с к.ф.-м.н.доцентом Безрядиным Н.Н.. Основны результаты и выводы получены лично автором.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, че тырехглав и заключения, содержит 139 страниц текста,включая 33 рисункг 4 таблицы, и список цитируемой литературы из 146 наименований.
