Введение к работе
Актуальность работы. Особенности вольт-амперных характеристик, связанные с появлением неупругой компоненты туннельного тока в структурах металл - диэлектрик - металл и металл-диэлектрик - полупроводник связаны с возбуждением фононов в электродах и с возбуждением молекулярных групп входящих в состав туннельного барьера- Неупругая туннельная электронная спектроскопия (НТЭС - кривая зависимости второй производной туннельного тока по напряжению от приложенного, напряжения к структуре, измеряемая- на переменном сигнале с помощью модуляционной методики) является эффективной методикой исследования состава сверхтонких (<50 А) диэлектрических пленок, выращенных на металлических или полупроводниковых поверхностях и туннельных барьеров. По чувствительности к примесям в туннельном барьере НТЭС превосходит другие известные методы анализа сос.тава ' тонких пленок и требует очень малого количества вещества (=.10- г.). Метод НТЭС существенно более информативен по сравнению с 0ЖЕ- и РФЭ- спектроскопией и кроме того нет 'разрушающего действия ионных пучков, используемых при травлении сверхтонких слоев. Попытки исследования состава сверхтонких слоев такими известными методами, как инфракрасная спектроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния света оказываются недостаточно эффективными при толщине пленок тоньше 100 А из-за низкой чувствительности (на три порядка меньше, чем у .НТЭС). Спектроскопия энергетических " потерь электронов не имеет достаточного разрешения, а также является весьма сложной в интерпритации результатов и дорогостоящей. Инверсионная вольтамперометрия твердых фаз. являюща-'яся модификацией полярографического метода позволяет измерять следовые количества вещества на уровне 10 г.. однако имеет существенные ограничения при анализе тонких пленок на полупроводниках сложного состава из-за недостаточной чувствительности, невозможности провести анализ состава пленки на одном образце и неоднозначности интерпритации результатов.
Физические исследования сверхтонких диэлектрических и полупроводниковых слоев, включая собственные окислы на поверхности полупроводников представляют интерес в связи с разработкой приборов- на основе барьеров Шоттки. МДП- и сверхреше-
точных структур поскольку качество сверхтонких слоев определяет электрические и фотоэлектрические параметры приборов, а также в связи с изучением процессов упругого и неупругого туннелировоания в барьерах.
Существующие методы измерений туннельных спектров в структурах металл - диэлектрик - металл, как правило предназначены для измерений низкоомных туннельных структур и практически не пригодны для исследований высокоонных туннельных структур типа металл - сверхтонкий диэлектрик -полупроводник. Методика изготовления туннельных структур на полупроводниках также имеет существенные отличительные особенности.
Цель работы - экспериментальное исследование состава сверхтонких диэлектрических пленок на поверхности полупроводников (Si, InAs, InSb).
Задачи исследования.
-
Разработка методики измерений и изготовление автоматизированной установки для исследования высокоомных образцов туннельных структур типа металл-диэлектрик-полупроводник.
-
Разработка методики изготовления контактов в туннельных структурах без разрушения сверхтонких пленок.
-
Исследование состава сверхтонких пленок, выращенных на поверхности кремния, антимонида и арсенида индия.
-
Измерение фононных спектров полупроводниковых подложек туннельных структур методом НТЭС
Научная новизна состоит в следующем:
1. Получены туннельные спектры термических нитрида и оксида кремния, выращенных на атомарно чистой поверхности кремния.
2., Измерены туннельные спектры окисных пленок на поверхности прямозонных полупроводников InAs и InSb.
-
Методом НТЭС МДП-структур получен фононный спектр кремния.
-
Методом НТЭС МДП-структур измерены фононные спектры прямозонных полупроводников арсенида и антимонида индия.
-
Обнаружено возбуждение коротковолновых фононов в МДП-структурах на прямозонном полупроводнике, которое связано с влиянием аморфной диэлектрической прослойки.
6. Экспериментально показано, что высота барьера в
туннельной структуре влияет на форму неупругого туннельного пика в спектрах НТЭС
Практическая ценность.
-
Разработанная методика измерения неупругих туннельных спектров позволяет исследовать высокоомные-образцы.
-
Получены данные о составе сверхтонких диэлектрических пленок на поверхности кремния, арсёнида и антимонида после разных обработок поверхности полупроводников.
-
Показано, что присутствие аморфной диэлектрической прослойки на поверхности полупроводника позволяет провести измерение фононных спектров прямозонных полупроводников методом нэтс.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на VIII совещание "Физика поверхностных явлений б полупроводниках." (Киев 1984), Всесоюзной школе по физике поверхности полупроводников "Карпаты-86" (Черноголовка 1986). на V республиканской конференции по физическим проблемам МДП-интегральной электроники (Дрогобич 1987), на IX всесоюзном симпозиуме "Электронные процессы на поверхности, и в тонких слоях полупроводников" (Новосибирск 1988), на 7-ом семинаре социалистических стран по электронной спектроскопии (Бургас, НРБ 1988).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ. Список публикаций по теме диссертации приведен в конце автореферата.
Объем диссертации. , Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и выводов, изложена на 97 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 78 наименований.
