Введение к работе
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы С уменьшением частоты спектральная плотность мошюсти шумабольшинства полупроводниковых приборов аппроксимируется зависимостью І/f. При уменьшении размеров образца увеличивается влияние шумов типа І/f на характеристики полупроводниковых приборов. Несмотря на строкой разнообразие механизмов' шума, приволяаих к спектру типа l/f, в кахлом конкретном случае трудно определить его источник. Это связано с наличием в моделях шума подгоночных параметров, которые трудно определить экспериментально с необходимой точностьо. Выбирая параметр из предела разумно допустимых значений, можно подогнать уровень шума к експериментально наблюдаемому в рамхах нескольких моделей одновременно. Существуйте в моделях аналитические зависимости шума лт параметров образца, как правило, нелегко проверить экспериментальна с високо» степенью достоверности. Причина.этого заключается в том, что большинство функциональных зависимостей шума, получается экспериментально лисо путем постепенного необратимого изменения параметров образна (например, увеличением числа дефектов}, либо путем сравнения шума разялчаодихся по параметрам образцов. В то в? время известно, что шумы І/f двух приборов, изготовленных по одинаковой технологии и обладавших близкими параметрами, могут существенно раз;.лчаться, а необратимые воздействия на образец, как правило, приводят к изменении предсказываемого уровня шума в рамках нескольких моделей одновременно. Так, увеличение числа дефектов на границе полупроводник-диэлектрик должно изменить шум как в модели |!ак-Уортсра, где эти дефекты рассматриваются как случайные генераторы неравновесных подвижных иоонтаелей, так к в так называемой "квантовой" теории l/f-шуыа, согласно которой рост дефектности образца приводит к росту тормозного излучения подвижных носителей, что таххэ изменяет шум.
Обычно используемая при сравнении с экспериментом формула для І/f вука а «одета Мак-Уортера не учитывает ряда„особенностей поверхностного механизма формирования шума, таких как наличие праповеркностаоа області простракственЕого заряда, одновременно» участио в акте формирования шума как электронов так и дырок а также ряда других, позволяющие овяэать характеристики шума в
.-4-
нараметраш образца.
Цель диссертационной работы состояла в построений воследовательной теории шумов гала 1/ї в полупроводниках в полупроводниковых структурах С р-г.~ш?реяодах, ЦЖЬзтруктурах) с диэлектрической пленкой на поверхности, корректно учипшащеа эффекты, связанные с яалкчиви области пространственного заряда у поверхности полупроЕодшжа, а такго встроенный в внешиш олектричаскши П0ЛЯ1Ш.
Научная новизна В диссертации вперваэ
Построена пссдэдовйтслъная тоория низкочастотного uyua е однородном аояупроБОДкикс и НЛП-тргязисгоро на лшейкои участко его вояьтЕшгоркой карЕКтеркстики с-, кепрэривиш- саекгроы поверхностных состояяіій, ках "бистрна*"* йокаяазоваиши па транш? пояупроводшік-дйзликтрїії, . так в "ізяшпшх", плавно раслрелеленшга по тоямто дизлокгріша, корректно учітгвгвакії цадичие области і;ро<ггр«пстао5!г,ого оаряхй СОїІЗ) у ио;.с{ілкосігн полупроводника, геноргшоїшо- рэйоиблнгщцокшо upcatccit, іі їьт^л» процессы внуаризонкого рассеяния.
Еьшолнен подробен^ аяаянэ иушз тааи 'і/і'' о^учио обеднения, обогащения, слабой л сильной щворс«и на 'nosupxiicaa; полупроводника. Получай аависаиосги пгшісціїіоот»; иуг-.\а w
ЧаСТОТЫ, С$40КТИЕНОЙ ПЛОТНОСТИ ПОЇіСрїіВОСТИЦК СССЇОЙИИІІ Si
поверхностного потешціьлг.
~ Показано, что при сильно неоаиороаиои поглсооекз света вблизи боковой грани полупроводника с еіісокой скорость» поверхностной рекоибЕпашш коэффициент фотсэлоктрзчзсхого усиления в некотором диапазоне , приложенных напрлдзнца пропорционален квадратному корн» от прнлогэнногр элэктрического поля, а зависимость спектральной плотности флуктуация проводимости от частота содержит участок 1/».
- Показано, что спектральная плотность флуктуации
напряжения на концах полупроводниковой структури о ветроонииа
электрическим полем у гранита раздела полупроводник- диэлектрик,
обусловленная состояниями вблизи границы с диэлектриком, досэт
иметь вид І/f. Вияснено, что равновесний І/f-спектр флуктуации
напряжения в p-n-переходе со встроенным алзктрнческмы полей,
направленным вдоль границы раздела, могут наряду с "мадпопиыш"
поверхностными состояниями формировать также н "быстрые" поверхностные состояния, вмеовше квазинепрерывный энергетический спектр.
Практическая ценность работы
Развитый в диссертации метод расчета шумов поверхностных состояний обладает большой общностью и позволяет оценивать вклад поверхности в величину шума для широкого класса полупроводниковых приборов.
На закиту выкосятся следующие основные положения
1. Зависимость интенсивности i/f-шума продольно однородного полупроводникового образца от эффективной плотности поверхностных состоянии является немонотонной.
. Спектр. шума продольно-однородного полупроводникового образца является суммой яоренаевой составлявшей и составляющей типа \Л. которая описывается формулой, отличавшейся от обяепринятой. і/f-компонента может состоять из трех участков, причем независящие от частоты амплитудные множители в спектре шума на этих участках различаются го величине.
3. 'При сильно неоднородной поглощении света, падащего на полупроводниковый образец со стороны боковой грани с высокой скоростью поверхностной рекомбинации, в зависимости коэффициента фотоэлектрического усиления к от приложенного электрического
поля Е появляется участок, где к л v Е , а спектр З^ктуаций проводимости, обусловленный флукгуаиияки фонового излучения, содержит участок l/f.
і. Локализованные состояния в диэлектрике, расположенные в области встроенного зяехтряческсго поля полупроводниковой структуры, могут приводить к возникновении термодинамически равновесных флуктуации напряжения в режиме холостого хода, инерздх спектр l/f.
5. Распределение поверхностных состояний по энергии в
области направленного вдоль поверхности электрического поля
р-п-а«рехода формирует термодинамически равновесный спектр
флукгуашй типа l/f в режиме холостого хода. *
'',' Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались на ШІ-ХХХШ научных конференциях МФТИ (г. Долгопрудный
1985-1987), VII Всесоюзном симпозиуме "Полупроводники с узкой запрещенной зоной и полуметаллы" (Львов. 1986), ХШ Всесоюзном совеаании по теории полупроводников (Ереван. 1987), IX Всесоюзной симпозиуме "Электронные, процессы на поверхности к в тонких . слоях полупроводников" (Новосибирск, 1988) и X Международное конференции "Noise In Physical Systems and 1/f Noise" (Будапешт, 1989).
Публикации По материалам диссертация опубликовано 8 научных работ.
Структура и объем диссертации.