CC BY
64
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ЭЛЕМЕНТЫ
УДК 537.9:539.23
ВОЛЬТ-ФАРАДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕТЕРОСТРУКТУР «-SiC/Jp-(SiC)1.*(AlN)*
© 2013 г. Н.И. Каргин, Г.К. Сафаралиев, Б.А. Билалов, М.К. Курбанов, С.М. Рындя
Каргин Николай Иванович - д-р техн. наук, профессор, начальник Управления развития перспективных исследований, г. Москва. E-mail: krgn@ya.ru
Сафаралиев Гаджимет Керимович - д-р физ.-мат. наук, профессор, член-корр. РАН, профессор, Дагестанский государственный университет, г. Махачкала. E-mail: Safaraliev@duma.gov.ru
Билалов Билал Аругович - д-р физ.-мат. наук, профессор, Дагестансий государственный технический университет, г. Махачкала. E-mail: bil-bilal@yandex.ru
Курбанов Маликаждар Курбанович - доцент, кафедра «Экспериментальная физика», Дагестанский государственный университет. E-mail: kurbanov_malik@mail.ru
Рындя Сергей Михайлович - Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова, г. Москва. E-mail: ryndya_sm@mail.ru
Kargin Nikolai Ivanovich - Doctor of Technical Sciences, chief Office of Advanced Studies, Moscow. E-mail: krgn@ya.ru
Safaraliev Gadzhimet Kerimovich - Doctor of Physical and Mathematical Sciences, professor, Dagestan State University, Makhachkala. E-mail: Safaraliev@duma.gov.ru
Bilalov Bilal Arugovich - Doctor of Physical and Mathematical Sciences, professor, Dagestan State University, Makhachkala. E-mail: bil-bilal@yandex.ru
Kurbanov Malikazhdar Kurbanovich - docent, department «Experimental Physics», Dagestan State University, Makhachkala. E-mail: kurbanov_malik@mail.ru
Ryndya Sergey Mikhailovich - Order of the Red Banner of Labor Research Institute of Physical Chemistry them. LY Kar-pov, Moscow. E-mail: ryndya_sm@mail.ru
Приведены результаты измерений вольт-фарадных характеристик для структур SiC/(SiC)1-x(AlN)x. Определялись концентрации легирующей примеси в активном слое гомо- и гетероструктур; высота потенциального барьера на р-п-переходе; толщины р-п-перехода; величины напряженности электрического поля в р-п-переходе; параметры глубоких примесных уровней по изменению во времени емкости р-п-перехода. По полученным данным определялось влияние содержания AlN в твердых растворах на параметры структур SiC/(SiC)1-x(AlN)x.
Ключевые слова: карбид кремния; твердые растворы; вольт-фарадная характеристика; гетеропереход; р-п-переход; емкость.
This рарег the results of curre^-voltage characteristics теа&игете^&' of SiC/(SiC)1-x(AlN)x struc-
tures. The dopant concentrations in the active layer of homo- and heterostructures; potential barrier height at the p-n-transition; the p-n-transition width; values of the electric field intensity m the p-n-transition; deep impurity levels parameters of the capacity of the p-n-transition change m time were determmed. Usmg the obtamed data an impact of AlN co^e^ in solid solutiorn on the parameters of SiC/(SiC)1-x(AlN)x structures was determmed.
Keywords: silicon carbide; solid solutions; current-voltage characteristics; waveform; strong electric field; voltage.
Известно, что емкостные измерения применяются для определения: концентрации легирующей примеси в активном слое гомо- и гетероструктур; высоты потенциального барьера на /»-«-переходе; толщины р-п-перехода; величины напряженности электрического поля в р-п-переходе; параметров глубоких примесных уровней по изменению во времени емкости р-п-перехода.
Концентрацию легирующей примеси в активном слое (базе) находят по зависимости С0г (V), где
2 < 1 <3. При этом, если зависимость С-1 = /(V) ложится на прямую линию при 1 = 2, то считается, что р-п-переход резкий, примесь в менее легированной его части распределена равномерно, а наклон прямой дает значение концентрации примеси. Отсечка на оси напряжений, производимая линией зависимости С -1 =
= /(V) дает величину контактной разности потенциалов ик.
Если зависимость С-1 = /(V) ложится на прямую линию при 1 = 3, то считают, что переход плавный, а по наклону кривой определяют градиент концентрации примеси в менее легированной части р-п-перехода.
Вольт-емкостные характеристики гетероструктур $Ю/(БЮ)1-;с(А1Ы)л: измерялись на установке на базе автоматического цифрового измерителя Е7-8. В основе измерений лежит мостовой метод с фазочувстви-тельными детекторами уравновешивания. Питание моста осуществляется как от внутреннего генератора с частотой 1000 Гц, так и от внешнего широкодиапазонного генератора ГЗ-49А. Амплитуда синусоидального сигнала не превышала 300 мВ. Напряжение раз-
баланса мостовой схемы через усилитель сигнала разбаланса поступает на входы фазовых детекторов активной и реактивной составляющих. Опорные напряжения фазовых детекторов снимаются с мостовой схемы и выбираются такими, чтобы связь контуров уравновешивания была минимальной. Выходные напряжения разбаланса с фазовых детекторов подаются на реверсивные счетчики, управляющие состоянием органов уравновешивания мостовой схемы, и на генераторы импульсов, задающие скорость счета реверсивных счетчиков. Направление счета реверсивных счетчиков определяется знаком напряжения разбаланса фазового детектора, скорость счета - величиной этого напряжения. По достижении разбаланса, не превышающего +0,6 единицы дискретности, система автоматического уравновешивания выходит из состояния ограничения и останавливает работу схемы дискретного уравновешивания моста.
Одной из важных методических особенностей мостовых измерений емкости -переходов является необходимость изменения постоянного напряжения на переходе. Подача на измеряемый объект напряжения смещения осуществляется от стабилизированного источника тока с внутренним сопротивлением 1 кОм с регулируемым от 0 до 30 В напряжением. Схема подключения источника постоянного напряжения такова, что она не вносит параллельно p-n-переходу существенно шунтирующих его активного сопротивления или емкости и не вносит дополнительных шумов и наводок.
Принципиальная схема подачи смещения, использованная нами при изменениях Сб, показана на рис. 1. Важной особенностью этой схемы является то, что между источником напряжения и исследуемым p-n-переходом последовательно включен перестраиваемый резонансный контур, который увеличивает сопротивление схемы смещения по переменному току на 60 - 100 кОм на частоте резонанса.
Переменное напряжение от моста на исследуемый p-n-переход подается через конденсатор Сь который разделяет по постоянному току схему смещения и мост. Поскольку С1 включен последовательно с p-n-переходом, его комплексное сопротивление должно быть намного меньше комплексного сопротивления p-n-перехода.
При измерениях ошибку, которую он вносит в результаты измерения, учитывали по формуле
1
g + iwc
=ZX =Zд+
1
g + iwC\
где Zx - комплексное сопротивление исследуемого диода; Zд - суммарное комплексное сопротивление исследуемого диода и конденсатора Сь м> - частота.
Для того чтобы схема не шунтировала исследуемый p-n-переход, один полюс источника напряжения заземлен по переменной составляющей конденсатором С3. Для измерения напряжения на p-n-переходе служил цифровой вольтметр В7-46 с входным сопротивлением > 100 МОм на вольт. Переключатель Т2 предназначен для изменения полярности напряжения смещения на p-n-переходе.
С-^-характеристики измерялись по параллельной схеме замещения. Погрешность измерения емкости не превышала 1 %. Измерения проводились на меза-структурах, изготовленных ионно-плазменным травлением через А1 маску. Напыленный в глубоком вакууме на установке ВУП-4 методом термического распыления с вольфрамовой проволоки алюминиевый слой одновременно служил омическим контактом к p-типу ЭС (БЮ)1-;с(А1Ы);с. На базовый слой (подложку 6Н^С) омический контакт наносили путем вплавле-ния индия после электроискровой обработки поверхности. Проведенные измерения на «омичность» металлических контактов дали удовлетворительные результаты. Исследуемые мезоструктуры находились в специальной двухзондовой ячейке.
Для изучения ВФХ были отобраны p-n-структуры, у которых измеряемая емкость не зависела от частоты до 50 Гц, а построенные в координатах С -2-^-харак-теристики были линейны в интервале напряжений -10 -г 0 В. Кроме этого, в отобранных структурах в этом диапазоне напряжений величина токов утечек не превышала 10-5 А.
На рис. 2 и 3 приведены результаты измерений барьерной емкости в зависимости от приложенного обратного напряжения на гетеропереходах с различным содержанием АШ в ЭС. Приведенные на этих рисунках ВФХ измерялись при комнатной температуре (23 °С).
L
Рис. 1. Схема подачи постоянного смещения на p-n-переход
9 8 7
4 3 2 1 0
-8 -7 -6 -5 -4-3-2-10 12 3
и, В
Рис. 2. Зависимость (1/Сб)2 от напряжения для
13 перехода
6 5 4 3
1 0
-8 -7 -6 -5-4-3-2-10 1 2 3 4
и, В
Рис. 3. Зависимость (1/Сб)2 от напряжения для п^С/р-^С)0)44(АШ)0>56 перехода
Наблюдаемое отклонение отдельных экспериментальных точек от прямой, вероятно, объясняется сложным профилем легирования эпитаксиального слоя ^С)1-Х(АШ)Х и связано с наличием прямых и обратных градиентов концентрации примесей в нем.
Для гетероперехода п-6Н-8Ю/р-^С)0,87(АШ)0,13 прямая, экстраполированная до пересечения с осью положительных напряжений, отсекает на оси абсцисс отрезок, равный 2,95 В, а для гетероперехода 6Н п-8Ю-р-(БЮ)0,44(МК)0,56 - отрезок, равный 3,35 В, которые соответствуют контактным разностям потенциалов ик в них.
Для сравнения скажем, что в р-п--гетеропереходах на базе БЮ величины контактной разности потенциалов ик, определенные из ВФХ, ВАХ составляет примерно 2,7 В [1]. Наблюдаемый рост ик с увеличением концентрации АШ в ЭС ^С)1-Х(АШ)Х связан, вероятно, с ростом ширины запрещенной зоны ЭС. Кроме этого, важной особенностью полученных С"2-и-зави-симостей является то, что с увеличением концентрации АШ в ЭС наклон прямой уменьшается, т.е. зависимость емкости от напряжения становится слабой.
Значение контактной разности потенциалов ик на гетерогранице позволяет вычислить работу выхода для твердого раствора ^С)1-Х(АШ)Х. Как известно, величина потенциального барьера на переходе (чик) равна разности работ выхода Ф1 и Ф2 контактируемых материалов. Зная Ф для одного из них, можно опреде-
лить работу выхода в другом материале по формуле: Ф2 = qиk + фь
Работа выхода из грани (0001) для 6Н-8Ю при 300 К составляет 4,5 эВ. Используя значение и, полученное по вольт-фарадным характеристикам, была определена работа выхода для р-^С)1-Х(АШ)Х с различным содержанием А1К Так, для р-(БЮ)0,87 (АШ)013 полученное значение работы выхода составляет 7,45 эВ, а для /-^С)0,44(АШ)0,56 - 7,85 эВ.
По зависимости барьерной емкости от приложенного напряжения в некоторых случаях можно найти концентрацию примесей и их распределение в р-п-переходе. Для решения этой задачи находят производную барьерной емкости по напряжению, используя выражение, связывающее Сб и толщину р-п-перехода
^ _ В а 5* .
С б = ;
С =_ е^=_ С\_ ЗГ (1)
ди W2 ди ва 5 дQ '
где Q - заряд в области р-п-перехода; ва - абсолютная диэлектрическая проницаемость материала; 5 - площадь р-п-перехода.
Подставляя значение
дQ = qS\N (X р )дХр| = qS\N (Хп )дХп\
в (1) и используя очевидное соотношение дW = = |дхп| + |дхр|, после преобразований имеем:
N (Хп ) N (Хр ) = N (Хп ) + N (Хр ) Чв а 5 2
где хп и хр - границы р-п-перехода, соответствующие обратному напряжению и;
К (Хр )| = К1 _ 1 = NА2 _ Nдl при х = Хр;
N (Хп) = Nд1 _ при х = *п.
Как видим из (2), концентрация примесей в р-п-переходе в общем случае не может быть определена однозначно, т.е. одной и той же зависимости барьерной емкости от напряжения могут соответствовать различные законы распределения.
Однако формула (2) позволяет определить величину концентрации примеси в одной области перехода, зная концентрацию примесей в другой. Как видно из (2), для определения концентрации примесей нужно найти производную по напряжению функции Сб(Ц) или
Сб2 (и). Наиболее простым и распространенным методом определения производной дСб/ ди является численное дифференцирование экспериментальной зависимости Сб(Ц) или Сб2 (и) [2]. Существуют и другие методы определения дСб/ди [3]. Однако на практике величину приведенной концентрации приме-
э(с б2)
dU
(2)
— 1
сей в p-n-переходе часто определяют из наклона прямой Сб2 (и) методом конечных приращений [4].
В случае, если гетеропереход является достаточно резким и оба материала от перехода легированы однородно, зависимость емкости от напряжения, полученная с помощью уравнения Пуассона, выражается формулой, представляющей обобщение результата для гомопереходов:
равна 9,03-1017 см-3,
а для гетереперехода
Сб S
qN
Д1NAi е,е
Г2
1
2 (e1NД1 +е2NA1
)U - U)
1/2
где S - площадь гетероперехода; N^ и NA| - кон
Ai
центрации доноров и акцепторов в соответствующих материалах; sj и е2 - абсолютные диэлектрические проницаемости соответствующих материалов.
Согласно этой формуле, Сб-2 является линейной функцией приложенного напряжения U. Дифференцируя величину Сб-2 как функцию U, определяем наклон прямой Сб-2(Ц):
дСб2 = 2 (s,NД, +s2NА, )
dU s2qNд, Nа2 sis2 .
Пользуясь значениями констант s,, s2, s0, q, а также измеренными величинами S, N^ , дСб-2/ди, можно
вычислить концентрацию акцепторов. Нами по этой методике определена концентрация акцепторов в широкозонной компоненте гетеропары _p-(SiN)i-x(AlN)x.
В использованных нами в качестве подложек для экспериментального наращивания твердых растворов (SiC)i-x(AlN)x монокристаллических пластинах 6H-SÍC концентрация нескомпенсированных доноров (азот) составляет Жд-Жа~6-1017 -3-1018 см-3. Для рассматриваемых двух гетеропереходов концентрация примесей в подложках, определенная предварительно из ВФХ барьеров Шоттки, составляла ~7-i0i7 см-3.
Низкочастотная относительная диэлектрическая проницаемость бН-SiC при ориентации Е||С и Т = 300 К равна 10,03. Значения диэлектрической проницаемости твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x, найденные из фотоэлектрических измерений на контакте металл - полупроводник, при 0,1< х <0,6 лежат в пределах ~9,4 -г 9,8. При расчетах нами использовалось усредненное значение относительной диэлектрической проницаемости твердого раствора, равное 9,6. Площадь p-n-переходов мезаструктур, созданных ионно-плазменным травлением, составляет 2-10-2 см2. дСб-2/ди, определенные из наклонов прямых на рис. 2 и 3 соответственно составляют 8-1016 и 5-1017 Ф-2-В-1. Подставляя эти значения и значения констант s, = = 10,03-8,85-10-14 Ф•cм-1, s2 = 9,6•8,85•10-14 Ф•см-1, q = =1,6•10-19 Кл, а также измеренные величины S = 0,02 см2,
N
Д1
= 7-10 см- в (3), определим значения NА .
Для гетероперехода п^Ю-р-^С)0,87(АШ)013 концентрация акцепторов, рассчитанная по формуле
N A2 = „2
2E1N Д1
S 2qN д1616 2 (SC-V 9U )- 2e 2
(3)
n-SiC/p-(SiC)o,44(AlN)o,56 - 7,98-1016см-3.
Аналогичным образом была найдена концентрация примесей в р-п-переходах гетероструктур с различным содержанием АШ в твердом растворе ^С^^АШ)*. Полученные результаты показывают, что с ростом значения х в ^С^^АШ)* концентрация примесей N в них уменьшается. Этот вывод подтверждает и тот факт, что при больших значениях х зависимость емкости от напряжения становится слабой, что свидетельствует о том, что наращенный ЭС является высокоомным, и обедненная область расположена главным образом в ЭС ^С^^АШ)*.
Как было сказано выше, экспериментальное исследование зависимости емкости Сб р-п-перехода от напряжения и дает возможность определить толщину Ж области пространственного заряда. Внешние границы этой области можно считать границами р-п-перехода. Толщину переходной области Ж для резкого перехода можно определить, решая уравнение Пуассона с обычными предположениями относительно барьера Шоттки по формуле
W =
2E1E 2(Uk-U )( N Д1+ N A2 )2 q(siN Д1+6 2N A2 ) N ^N A2
,2
(4)
На рис. 4 показана зависимость толщины р-п-перехода от напряжения и для гетероперехода п^Ю/р-^С)0,87(АШ)013, определенная с использованием экспериментальных значений емкости.
Сравнение значений толщины перехода, полученных расчетным путем по вышеприведенной формуле (4) и определенных из экспериментальных значений емкости, показывает, что экспериментально получаемые значения толщины больше, чем расчетные. Это, видимо, связано с влиянием свободных носителей заряда в р-п-переходе и состояний на границе раздела на экспериментальные значения емкости.
Как видно из графика (рис. 4), при изменении обратного напряжения на переходе от 2 до 8 В толщина перехода растет почти в полтора раза. Толщина р-п-перехода при нулевом смещении составляет 1,2-10-4 см.
2.6 2.4 2.2 S 2
о
Y 1.8 ш
к 1.6 1.4 1.2 1
о
3 4 5
U, B
Рис. 4. Зависимость толщины гетероперехода n-SiC/p^SiCX^AlNXB от обратного напряжения
2
6
7
Найденные экспериментальные значения W при нулевом смещении для различных образцов соответствуют промежуточным между резкими, асимметричными и плавными переходами в ГС на основе широкозонных полупроводников.
Как было отмечено выше, знание точного значения контактной разности потенциала ик необходимо при определении ряда характеристик полупроводниковых приборов, предельных рабочих температур. Обычно изменение ик в зависимости от температуры определяют по температурной зависимости С-и-характеристик.
Измерения температурной зависимости вольт-фарадных характеристик гетеропереходов п-8Ю/р-^С)1-х(АШ)х проводились в интервале температур 77 - 420 К на р-п-структурах с различным содержанием х.
На рис. 5 представлено семейство С-и-характеристик п-6Н-8Ю-р-^С)0,85(АШ)0,15 гетерост-руктуры при различных температурах. Как видно, С-и-характеристики, построенные в координатах С-2—и, линейны во всем измеренном интервале напряжений и температур.
Емкостное напряжение отсечки ис, найденное экстраполяцией прямых до пересечения с осью напряжений, при 77 К составляет 3,2 В и с ростом температуры сначала нелинейно, а затем практически линейно уменьшается до 2,65 В при 418 К. Для линейного участка ис(Т) = иСо - асТ, где иСо -напряжение, получаемое экстраполяцией линейной зависимости ис(Т) к Т = 0 К; для данной структуры иСо = 3,46 В; ас - температурный коэффициент напряжения емкостной отсечки, определенный из линейного участка, который равен 2,1-10-3 В/град. Емкостное напряжение отсечки ис (та часть диффузной разности потенциалов, которая характеризует изменение электростатического потенциала на практически полностью обедненном слое объемного заряда) связано с диффузионной разностью потенциалов на всем барьере ий соотношением ий = ис+2кТ/е, где 2кТ/е учитывает размытие распределения плотности объемного заряда на границе слоя объемного заряда с нейтральными областями.
9 8 7
© 5
с
t " 5
и
2 3
4
-7 -6 -5 -4-3-2-10 12 3
и, В
Рис. 5. ВФХ п^С/р-^С)0,85(АШ)0,15 перехода при Т, К: 1 - 77; 2 - 273; 3 - 361; 4 - 418
Значение максимального поля ЕМ(Ц) в некоторой плоскости х р-п-перехода определяется из выражения [5]
Ем (и,х) = ^^(х)йх ^ _ |Q(,)|] ,
Ва х Ва5
где Q - заряд ионизированных примесей в р-п-пере-ходе, соответствующий напряжению и; Q(х) - заряд ионизированных примесей между х0 и х; 5 - площадь от р-п-перехода, а ва = в-в0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость. Электрическое поле максимально при х = х0 (рис. 6).
При и = —ик значение максимального поля определяется из выражения
E(U) = ^ = qU?C6 (U)dU .
ea S
(5)
Для использования этого выражения нужно знать величину заряда ионизированных примесей в р-п-переходе (или величину барьерной емкости) как при обратных, так и при прямых напряжениях. Экспериментальную зависимость Сб(Ц) обычно измеряют при обратных напряжениях (иногда при малых прямых напряжениях). Для приближенного расчета экстраполируем эту зависимость в область прямых напряжений. В этом случае выражение
1 q U+Uk
E (U, x) = — = ^ \ C6 (U) dU
SaS Sa U*+Uk
(6)
справедливо при и >> ик. Зависимость барьерной емкости от напряжения описывается выражением
С = . к*
б 2/и+ик'
где 2 < 2 < 3; К - постоянная величина.
Экстраполируем эту зависимость в область прямых напряжений. Подставляя (6) в (5), получаем
Е Ш)- Z (U + Uk ) C (U)
Ем (U Ka S (Z б1) Сб (U ).
(7)
Рис. 6. Распределение концентрации примесей в р-п-переходе. W - толшцна р-п-перехода, соответствующая обратному напряжению и; W - толщина, соответствующая обратному напряжению и
a
4
0
4
Для расчета значения максимального электрического поля ЕМ(П) в гетеропереходе была использована экспериментально определенная вольт-фарадная характеристика я-БЮ/р-(БЮ)0,44(АШ)0,56 гетерострукту-ры. Площадь р-я-перехода составляла 0,03 см2. Для определения ЕМ(П) из (7) необходимо знание величины Z. Для нахождения Z логарифмируем выражение (7). Полученное выражение
18Сб = ^КБ -(П + Пк)
представляет собой уравнение прямой в координатах ^Сб, ^ (П+Пк). Зная зависимость Сб(П) и задаваясь ориентировочным значением Пк = 3,0 В, строим прямую (рис. 7) согласно таблице. При П>>Пк можно пренебречь погрешностью в значении Пк. При необходимости далее можно уточнить значение Пк, построив прямую Сб-2(П) и экстраполируя эту прямую до пересечения с осью абсцисс. Исследования показывают, что расхождение в величине Z при использовании ориентировочного значения Пк и определенного из Сб'г(П) составляет менее 4 %.
Em U ) =
ю 2.1
О ад
Z =-
lg Сб - 2,3
(8)
2,23-11В • 67,42-10-12Ф
9,5 • 8,85 • 10-16 Ф • 3 • 10-6м2 • 1,23 м
= 5,3 •106B м
Найденное значение максимального электрического поля в я-БЮ/р-(БЮ)0,44(АШ)056-гетеропереходе позволяет судить о механизме ионизации атомов основного вещества в области объемного заряда. Значения напряженности ЕМ(П) ~ 106 В/м недостаточны для ионизации в результате туннелирования [6], поэтому в исследованном гетеропереходе, вероятно, осуществляется ударная ионизация.
Известно, что при контакте материалов, составляющих ГС, происходит выравнивание уровня Ферми и на границе их раздела происходит изгиб энергетических зон. Профиль энергетических зон любого ГП в отсутствии состояний на границе раздела зависит от электронного сродства %, ширины запрещенной зоны Ед и не зависит от степени легирования.
Энергетические диаграммы ГП я^С/р-^СУ^АМ)* строили, используя модель Андерсона для анизотип-ных переходов, которая предполагает отсутствие зарядового состояния на границе раздела [7, 8]. Работа выхода для твердых растворов (БЮУ^АШ)* рассчитывалась на основе вольт-фарадных характеристик ГС я-БЮ/р-^ЮУ^АШ)* для х = 0,05; 0,54; 0,79.
Зависимость С -2 от приложенного напряжения для ГС БЮ/^ЮУ^АШ)* носит линейный характер, присущий резким анизотипным ГП. Экстраполяция ВФХ дает значение
Ud =
Ф1 -Ф2
q
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
Рис. 7. Зависимость ^Сб от ^(П+Пк) для гетероструктуры я-БЮ / р-(8Ю)0,44(АШ)0,5б
Экстраполированная прямая, представленная на рис. 7, пересекает ось ^Сб при значении, равном 2,3. При этом находим ^Сб = ^ КБ 2,3. Тогда
.18 (П + Пк)
Определенное из девяти измерений (таблица) и усредненное значение Z равно 2,23. Найденные значения Z ближе к 2 чем к 3, что позволяет утверждать, что характер распределения примесей в 6Н я-БЮ-р-(БЮ)0,44(АШ)0,56 гетеропереходе близок к резкому. Подставляя вычисленное значение Z в (8), определяли значение ЕМ(П) в р-я--переходе при П = 8 В.
где ф1 - работа выхода из полупроводника 6Н-БЮ. Тогда работа выхода из твердого раствора (БЮУ ^(АШ)* запишется в виде
Ф2 =Ф1- qПd.
Изгиб зон и размеры переходных областей определяли согласно [7] при разных уровнях легирования. На основе полученных результатов строили энергетические диаграммы для ГП я-БЮ/р-^ЮУ^АШ)* при х = 0,05; 0,54; 0,79. Рассчитанные при различных составах разрывы зон на границе раздела существенны для всех рассмотренных ГП. Разрыв в валентной зоне создает в области перехода заметный «пичок», который ограничивает инжекцию дырок (рис. 8). В результате этого ток будет определяться в основном рекомбинацией на границе раздела. Анализ ВАХ подтверждает, что в области низких напряжений доминирует рекомбинационный механизм проводимости, а в области высоких напряжений - туннельный.
2.3
2.2
2
1.9
1.8
U, B 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Сб, пФ 123,03 103,510 94,410 89,12 84,140 77,62 74,13 69,18 67,42
lg Сб 2,09 2,015 1,975 1,95 1,925 1,89 1,87 1,84 1,85
lg(U+Uk) 0,48 0,600 0,700 0,78 0,840 0,90 0,95 1,00 1,04
Рис. 8. Энергетическая диаграмма ГП «-SiC/p-(SiC)1.I(AlN)I для х = 0,54
В результате разрыва краев зон на границе раздела диффузионный ток почти полностью обусловлен дырками, так как барьер для дырок значительно меньше, чем для электронов.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ с применением оборудования центра коллективного пользования «Гетеро-структурная СВЧ-электроника и физика широкозонных полупроводников» НИЯУ МИФИ.
Литература
1. Ниженко В.И., Флока Л.И. Поверхностное натяжение жидких металлов и сплавов: справочник. М., 1981. 286 с.
2. Задумкин С.Н. Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах. Нальчик, 1985. С. 12 - 29.
3. Курбанов М.К., Билалов Б.А., Сафаралиев Г.К. Электропроводность полупроводниковых твердых растворов (SiC)1.I(AlN)I // Вестн. Даг. гос. ун-та. Естеств. науки. Махачкала, 2000. С. 18 - 23.
4. Сухман А.Л., Кононенко В.И., Шевченко В.Г., Сорокин В.В. Экспериментальное исследование влияния РЗМ на поверхностное натяжение и плотность алюминия // Материалы Ш Всесоюз. конф. по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов. Ч. 2. Экспериментальные исследования металлических расплавов. Свердловск, 1978. С. 467 - 469.
5. Кикоин И.К. Таблицы физических величин: справочник. М., 1976. 1006 с.
6. Strauss S. W. The Temperature Dependence of the Density of liquid Metals // Nuclear Science and Engineering. 1964. Vol. 18, № 2. С. 280 - 285.
7. Александров Л.Н. Кинетика образования и структуры твердых слоев. Новосибирск, 1972. 227 с.
8. Якимова П.Т. Изучение эпитаксиального роста карбида кремния из растворов в системе кремний - скандий - углерод : дис. ... канд. физ.-мат. наук. Л., 1978. 155 с.
Поступила в редакцию
16 апреля 2013 г.
