Введение к работе
Актуа,дьность томы. В настоящее время невозмоікно представіггь развитие исследования физики полупроводников и разработки нэ их основе приборов и интегральных схем без использования контактных явления. В то же вре;я. также актуальными являются исследования поведения о'иполяркся плазмы в полупроводниках при больших градиентах коншнтрация. позволяющие создавать повыв способы контроля параметров полупроводников и приборы, работающие па основе изменения проводимости биполярной компоненты. Одним из методов получения пространственно - неоднородного распределения электронно - дырочной плазмы в объема полупроводника является эффект контактной эксклюзии. Изменяя величину электрического поля, вытягивзюяюго носители из полупроводника с антизапорным контактом, можно управлять пространственным распределением плазмы по объему кристалла. Использование внешних воздействия? осводакия. температуры, всестороннего давления, облучения, позволяет в более широких пределах варьировать биполярной компонентой плазмы, изменяя ев профиль распределения
На осново результатов исследования полупроводниковой плазмы с использованием явления контактной эксклюзии разработаны новые методы определения параметров полупроводников, повыэ полупроводниковые приборы и датчики.-В частности.использование эффекта эксклюзии в фотоприемникаж на основе in еь и са^ Hgt т* позволило улучшить их пороговые характеристики, расширить рабочий диапазон до комнатной температуры за счет значительного снижения Оже-рекомбинации носителей заряда.
Несмотря на систематическое исследований явлезкл контактной эксклюзии в СССР и за рубежом ко времени начала этой работы, оставался ряд задач, требующих решения и уточнения. Так. в .отгоратуре при рассмотрении эффекта эксклюзии описаны два приближения: диффузионное и дрояфовое < тогда как в большинства случаев необходимо одновременно учитывзть как дрейф. так и диффузию носителей). Отсутствовали исследования влияния генерационного потока
носителей боковыми поверхностями кристалла на прошсс эксклюзии. па форму вольт-амперных характеристике ВАЮ и продольное распределение носителей в условиях эксклюзии- На рассматривалось алияниэ гидростатического давления на явление контактной оксклюзии. влияние геометрической формы образцов и формы их контактов ( которые на практике бывают самыки различными и могут приводить к существенному изменению результатов исследований и характеристик приборов). Кроме того, практически отсутствовали исследования нестационарных процессов при приложении электрическога поля к антизапорному контакту. Решение дарэчислэнних и других проблем, возникающих при исследовании контактноа эксклюзии. представляет интерес как с теоретической, так и с практической точек зрения.
Наиболее подходящим материалом, результаты исследования явления контактное эксклюзии в котором можно рассматривать в качестве модели процесса эксклюзии в других полупроводниках,
является германиа ввиду большое диффузионной длины в кристаллах с собственной проводимостью, высокое: стошни чистоты и благодаря хорошо отработанным технологиям создания антизапорного контакта и заданных ;івличин скорости поверхностной і-енерации.
Цель работы. Цэлыо настоящей работы является теоретическое и экспериментальное исследование контактной эксклюзии в полупроводниках конечных размеров. Б связи с этим ставились следующие задачи:
- создать оптико-электрическую установку для исследовании
ВАК. продольных распределении потенциала и пространственного
распределения свободных носителей полупроводников путем
оптического зондирования в ИК-области спектра;
- теоретически и экспериментально исследовать эффект
эксклюзии при больших отклонениях концентрации носителей 01'
термодинамического равновесия в условиях существенного
влияния ва прошсс истощэния как дрейфового, так и
диффузионного потоков носителей заряда;
~ исивдовать влияние обработки поверхности и поперечных размеров образцов различных конфигурации на основкао характеристики эксклюзии;
выявить особенности переходных процессов в условиях сильно» эксклюзии (при больших отклонениях концэнтрации носителей от термодинамического равновесия);
изучить влияние гидростатического давления на процесс
ЭКСКЛЮЗИИ;
- разработать новые методы определения .іараметроз
полупроводниковых материалов и создать новые приборы на
основе использования полученных результатов.
Научная новизна. В диссертации впервые получены следующие результаты:
-
Теоретически и экспериментально доказано, что при большой степени обеднения полупроводника свободными -носителями, в области перехода от истощенной его части к равновесной имеется резкий скачок концентрации, параметрами которого мояно управлять. Устзношзэны условия его наблюдения, зависимость величины скачка от скорости поверхностной рекомбинации на боковых гранях, температуры, амплитуды напряжения и внешней подсветки сильнопоглоцазмым светом.
-
Обнаружено и исследовано сильное влияние величины скорости поверхностной гонерации-рекомбипации на боковых грзнях образца на форму ВАХ. основные характеристики эксклюзии и на профиль пространственного распределения плазмы в объеме полупроводника. Проведен сравнительный анализ эффекта эксклюзии в образцах формы пластины и цилиндра.
-
Установлены закономерности переходных процессов при ' больших отклонениях концентрации носителей от термодинамического равновесия в условиях эксклюзии: кинотика тока, характер поведения нестационарных ВАХ. динамика пространственно-неоднородного распределения концентрации.
4- Установлены особенности переходных процессов при эксклюзии в структурах с планарпым антизапорньм конгактом: отклонение кинетики тока от закона і - t~,y,J и возникновение ы-образного участка на нестационарных ВАХ.
5. Исследовано влияние гидростатического сжатия па степень истощения при эксклюзии. Установлен оптимальны» уровень несобственности материала для максимальной копуляции
проводимости в условиях эксклзозии.
в. Установлена взаимосвязь характерных точек ВАХ с параметрами глубоких уровней, позволяющая определять без охлавдзния образца: эффективное время жизни носителей, глубину . залегания основного рекомбинационного уровня, величину концентрации нескомпенсированноя примеси. Установленные закономерности изменения формы ВАХ при различных обработках боковой поверхности, позволяют определять величину скорости поверхностной рекомбинации.
Практическая ценность. В результате исследования эффекта зксклгаии в гэрмашш :
предложены и реализованы способ определения температуры ц способ определения скорости поверхностной рекомбинации;
обоснован принцип работы и изготовлены макетные образцы высокочувствительного датчика температуры;
- разработан нэ трзбувдиа охлаждения образца ыатод
определения параметров глубокие уровней іюлупроводника:
эффективного времени жизни носителе*, глубины залягання
основного рекомбинационного центра, величины концентрации
шекомшнсирсваяноя примэск.
Защищаемые положения
s. В условиях зксклшии при больших отклонениях концентрации носителей от термодинамического равновесия экспериментально обнаружен скачкообразный участок в распределении носителей при переходе от истощенной области к области равновесноа заселенности, связанный с аозникноюндан сильного диффузионного потока носителей, направленного противоположно дроафовону-
-
Генерационные поток носителей с боковых поверхностей полупроводника при конечное величина скорости поверхностной рекоідаЗинацки приводит к изменению основных характеристик вксклюзи» изменении пространственного распределения восителаа. к уменьшению длины зксклшии. росту напряжения формирования эффекта зксклшии. напряжения перехода на второе омическиа участок ВАХ и напряжения отсечки.
-
Установлено, что кинетика тока в условиях контактной аксклюзни при больших отклонениях концентрации носителей ст термодинамического равновесия подчиняется закону г - t"'"'8
u> от ту: -;'.'<у от лияэяного закона изменения тока от времени при слабо л зксклгозиіо. нестационарный ВАХ описываются корьевой зависимостью і - и1'*, длина эксклвзик пропорциональна
4. .- пластине с аяанарным антизаіюрпьім контактен чзаетдсотся откяононда кинеткк тока от закона і - t"*"". к возникновение n - образного участка на нестационарных ВЛХ. обусловленные различной скоростью зыгягивзтм носителей а розко неоднородном электрическом поле.
5- Всестороннее сжатие может быть использовано как среде.'во управления аффектом 'жсклюзии вслЬлятвио игдаденил уровня нопобствонности'полупроводника.
Amipodv^fljw^grhi. Оспозікоі результаты ^бг/гы
ДОКЛЗДЫНЛЛКСЬ И СОДер^ЗТСЯ В МЭГОрИЭЛЗГ УІХ1 ВСЭСОЧ!?МОГО
совещания " Физика поверхностных явления в полупроводника*" (Киев. 1SB4); XIV -го научного сэуинара "Зл/шко высоких давлегиа па вещоство" cKhod.1391.>; доклаямпалис:, на ксаферэпциях молодых исследователей Института полупроводников АН УССР (Киэв 1Ш5. 1037. 1KB. 1990 г. г. ) и Львовского госудзрстьошюго университета (Львоз, 1S35). а также на научных семинарах Института полупроводников Ail УССР(Кков).
Публикации. Содержание диссертации опубліковано а 11 печатных работах, из них 3 авторских свидетельств. Список основных публикация приведен в копш работы.
Струїстура диссертагфм. Диссортзция состоит з;з в&элэшот. литературного обзора. методической плавч. чотарох оригинальных глав, выводов и списка щггируэмоп 'литературы. Обккя объем составляет 131 страницу, из _низ машинописного текста 105 страниц. 32 рисунка, библиография зклшаот 103 наименования.
