CC BY
11
УДК 621.315.592.3:538.91
DOI: 10.18698/1812-3368-2021-2-71-84
ВЛИЯНИЕ ИНЖЕКЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ
НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВ pSi-nSil-XSnx
Х.М. Мадаминов [email protected]
Андижанский государственный университет, Андижан, Республика Узбекистан
Аннотация
Исследована вольт-амперная характеристика структур pSi-nSil-xSnx в интервале значений температуры 293...393 К в целях выяснения роли инжекционных эффектов при формировании электрических свойств гетероструктур pSi-nSil-xSnx, полученных на основе твердого раствора Sil-xSnx (0 < x < 0,04). Установлено, что вольт-амперная характеристика таких гетеро-структур состоит из двух характерных участков. Определено, что первый участок вольт-амперной характеристики хорошо описывается экспоненциальной зависимостью. За экспоненциальной зависимостью на всех вольт-амперных характеристиках наблюдаются независимые от температуры сублинейные участки. Показано, что указанные участки хорошо описываются в рамках теории эффекта ин-жекционного обеднения. По сублинейному участку вольт-амперной характеристики определено значение параметра a, с использованием которого можно рассчитать концентрацию глубоких примесей, ответственных за появление сублинейного участка. Доказано, что исследованную структуру можно рассматривать как переход pSi-nSil-xSnx-n+Sil-xSnx (0 < x <
< 0,04) с высокоомным ^^-^щ-слоем. Полученные результаты позволили сделать следующие выводы: в твердом растворе Sil-xSnx (0 < x < 0,04) существенную роль при формировании электрофизических свойств играет рассеяние носителей заряда не только на сложных комплексах, но и на нановключениях; установлена эффективность использования эпитак-сиальных пленок твердых растворов Sil-xSnx (0 < x <
< 0,04), полученных на кремниевых подложках, как перспективных материалов при разработке диодов, функционирующих в режиме двойной инжекции
Ключевые слова
Твердый раствор, жидко-фазная эпитаксия, диодная структура, вольт-амперная характеристика, сублинейный участок, эффект инжекционного обеднения
Поступила 16.09.2020 Принята 12.11.2020 © Автор(ы), 2021
Работа выполнена в рамках проекта Государственной научно-технической программы Республики Узбекистан (проект № ОТ-Ф2-68)
Введение. Синтез новых полупроводниковых материалов и изучение физических свойств существующих является актуальной проблемой в микро-и наноэлектронике. При решении указанной проблемы первичная задача — изучение новых кристаллически совершенных полупроводниковых твердых растворов с управляемыми составами и разработка на их основе новых полупроводниковых гетероструктур с улучшенными параметрами. В связи с этим определение оптимальных технологических условий синтеза гетеро-структур может несколько упростить решение такой задачи.
При рассмотрении электрических свойств твердых растворов в качестве показателя последних используется вольт-амперная характеристика (ВАХ) р-п-перехода, полученная на основе этих соединений. Это связано с тем, что форма кривых ВАХ дает возможность исследователям говорить о тех или иных свойствах диодного перехода. При обычных методах получения р-п-переходов появляются различные поверхностные состояния, которые резко ухудшают электрические свойства изготовленных на их основе приборов. Как правило, для уменьшения концентрации поверхностных дефектов требуется получение р-п-перехода в едином технологическом цикле. Учитывая факторы, влияющие на качество исследуемых структур, для получения р-п-структур на основе твердого раствора Бй-^Пх (0 < х < 0,04) использовался метод жидкофазной эпитаксии [1].
Цель работы — определить влияние эффекта инжекционного обеднения на формирование электрических свойств гетероструктур рБ^-пБь-хБпх, полученных на основе эпитаксиальной пленки твердого раствора замещения Бй-хБпх (0 < х < 0,04), выращенной из оловянного раствора-расплава методом жидкофазной эпитаксии [2].
В настоящее время существует достаточно мало работ, посвященных исследованию влияния эффекта инжекционного обеднения на электрофизические свойства твердых растворов замещения Бй-хБПх (0 < х < 0,04). Для р-г-п-структур, работающих в режиме двойной инжекции, впервые в [3] теоретически предсказан эффект инжекционного обеднения. В этом эффекте сочетаются два несовместимых между собой процесса: 1) ин-жекция (увеличение концентрации свободных носителей заряда на базе структуры); 2) обеднение (уменьшение концентрации свободных носителей заряда) [4].
Результаты анализа научных исследований показали, что эффект инжекционного обеднения наблюдался в многослойных гетероструктурах, полученных из твердых растворов, выращенных методом жидкофазной эпи-таксии, например, п^е-р-^е2)1-х-у^аА$)х(2пБе)у [5], р-81-п-(812)1-х(Сё8)х[6],
р^-п-^2)1-х^^е)х [7] и п^аАэ-р-Ц^Ь^-х^ш^ [8], а также на структурах с гетеропереходом n-CdS/p-CdTe [9].
Теоретическая часть. Рассмотрим уравнение, описывающее так называемый амбиполярный перенос свободных носителей в базе р-п-п+-структуры. Уравнение получено математическим преобразованием отдельных соотношений для диффузии основных и неосновных носителей заряда [10]:
*Л~и = »■ («
ах2 ах
Здесь Б. — амбиполярный коэффициент диффузии,
О. = (2)
й рЬ(у + Ь + 1)
Ь = р,п / ^р — безразмерная величина, определяемая как отношение подвижности электронов к подвижности дырок; Бр — коэффициент диффузии дырок; у = N1 / ри — фактор прилипания, N — концентрация центров прилипания, рц = Nv ехр (-A£f / кТ) — статистический фактор Шокли — Рида для уровня центров прилипания, АЕ{ = Еу - Е{ — актива-ционная энергия уровней центров прилипания, Е(, Еу — энергия, соответствующая уровню валентной зоны; уа — амбиполярная скорость дрейфа; и = р / т — скорость рекомбинации неравновесных носителей по статистике Шокли — Рида, р — концентрация свободных дырок, т — время жизни неосновных носителей заряда (в рассматриваемом случае — дырок) [9].
Амбиполярная скорость дрейфа:
д у
vfl = —*-\Nt -
(by + b + 1)p [
dE _ ^(dE
dx dp v dx J_
+ Nt
1" p — \Ej, (3)
Ф JJ
р (п - р)
где д. =-—-- — амбиполярная подвижность, п — концентрация
МпП-|Д рр
свободных электронов; Nf — концентрация центров прилипания, захва-
V /
тивших дырку; Е/ =- — напряжение электрического поля
р(Ь у + Ь +1) р
в базе.
Нетрудно убедиться, что слагаемое (пропорциональное N0 в формуле (3) описывает омическую релаксацию остаточного объемного заря-
да, а второе слагаемое (пропорциональное dE / dx) — диэлектрическую релаксацию объемного заряда. Последнее слагаемое связано с так называемой токовой модуляцией заряда глубоких центров прилипания (т. е. дырок). Рассмотрим случай, когда токовая модуляция заряда глубоких центров прилипания является определяющей. Она реализуется, когда значения первых двух слагаемых в (3) малы по сравнению с третьим. Если глубокая примесь играет роль центров прилипания дырок, то формулу (3) можно преобразовать к виду [10]:
v _ I pNt
q (ця +|дp )2 (pit )2
Здесь
* Lift , т
pit = pit + Nt.
Ми + M p
В условиях превалирующего влияния модуляции глубоких центров прилипания, фактор прилипания которых у = Nt / pit » 1, с учетом p < p*t формулы (2) и (3) принимают вид: va ~ aJDa и Da « Dp (a — параметр; J — плотность тока). В этом случае уравнение (1) преобразуется к виду
d2p _ ajdШ.-± = 0,
dx dx Lp
где
а =--(4)
2qkT^,nNt
— параметр, зависящий только от подвижности основных носителей — электронов (^п) — и концентрации глубоких примесей N [7-9]; q — заряд; к — постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура; Ьр =^БрХ р — диффузионная длина неосновных носителей (дырок).
В обычной р-п-п+-структуре значения концентрации свободных носителей заряда у р-п-перехода больше, чем у п-п+-перехода. Это означает, что градиент концентрации dp / dx < 0, т. е. концентрация впрыснутых носителей уменьшается от р-п к п-п+-переходу. В этом случае направления амби-полярной диффузии и амбиполярного дрейфа одинаковы [3]. При концентрации свободных носителей у п-п+-перехода большей, чем у р-п-перехода имеет место обратный случай. Когда реализуется условие dp / dx > 0, т. е. градиент концентрации свободных носителей будет возрастать от р-п
к я-я+-переходу, амбиполярные диффузии и дрейф будут направлены противоположно. Если приложить к структуре создающее инжекционный ток напряжение, то на границах базы концентрация носителей будет увеличиваться с ростом тока, а в средней части уменьшаться [5].
При выполнении условия Jad > 2 и достаточно больших токах уравнение (4) имеет приближенное решение (рис. 1) [11]:
p ~exp(-aJd), (5)
т. е. с увеличением тока концентрация убывает, d — толщина исследуемой структуры. В этом случае ВАХ диодных структур будут иметь вид
V « V0 exp(a/d).
(6)
р, см
Здесь
Vo =
2bkTNt I qVp (1 + y)
q \(by + b + 1 )n„/'
V*
эффективная скорость утечки
d, мкм
дырок через /-п-переход. Впервые ^
решение (5) получено аналитически
в [11], подтверждено численными ^
расчетами в [12]. Согласно (6), Рис. 1. Качественная оценка по (5)
структуры с эффектом инжекцион- шшжния концштродии неравнс>-
ного обеднения более восприимчивы весных носителей заряда по толщине
базовой области р-п-п+-структуры
к таким внешним воздействиям, как
. при ¡1 < ¡2 < ¡3
тепловое возбуждение, механическое напряжение, магнитные и радиационные поля.
По результатам исследований [5] найдена зависимость протяженности сублинейного участка ВАХ от интенсивности процессов инжекции и аккумуляции в р-п-п+-структурах. Если аккумуляция в р-п-п+-структурах, определяющая р(с(), интенсивнее инжекции, определяющей р(0), и выполняется условие р(^) > р(0)ехр(2^ / Ь), то протяженность градиента по плотности тока Д/ сублинейного участка ВАХ находится как
А/ = ln
(
p(d)' p(o).
i__4d2_
ad y L2 ln2(p(d)/ p(0))
(7)
а логарифм протяженности градиента напряжения сублинейного участка ВАХ — как
1П(ДУ) = {1 + 1 - 2 2 4а2 } 1П ГМ 1.
[V !.21п2( р(<1)/р(0))} I р(0) J
В случае выполнения условия р(а) < р(0)ехр(2а /1) наблюдаются
другие виды ВАХ, в частности, зависимости типа / ~ Ут, 0 < т < 1, и экспоненциальная зависимость на ВАХ [5].
Рассмотрим основное условие для реализации эффекта инжекцион-ного обеднения — изменение знака градиента концентрации свободных носителей. Для этого необходимо реализовать случай, при котором образуется «идеальный» г'-п-переход (поступает много электронов), и «неидеальный» р-г'-переход (поступает мало дырок). Это можно реализовать не только технологически, но и в процессе эксплуатации прибора. Согласно [11], при идеальных контактах наблюдаются линейные зависимости р(0) ~ / и р(а) ~ /, а при неидеальных эти зависимости ослабевают
и принимают вид р(0) ~ V/, р(а) ~ /. Если считать р-г'-переход «неидеальным» (р(0) ~ V/), а в то же время г'-п-переход останется «идеальным» (р(а) ~ /), то значения концентрации носителей у г'-п-перехода могут стать больше, чем у р-г'-перехода. Знак градиента ар / ах станет положительным, и таким образом реализуется условие для эффекта инжекцион-ного обеднения [3].
Подготовка образцов, экспериментальные результаты. Для проведения исследований изготовлены структуры pSi-nSil-xSnx (0 < х < 0,04) методом жидкофазной эпитаксии твердого раствора Sil-xSn х п-типа проводимости с удельным сопротивлением р ~ 0,8 Ом • см на кремниевых подложках, р-типа проводимости с удельным сопротивлением р ~ 1,0 Ом • см. Вакуумным напылением серебра при рабочем давлении около 10-5 торр получены омические контакты, сплошные с тыльной стороны и четырехугольные площадью 12 мм2 со стороны эпитаксиального слоя.
Для установления механизмов переноса тока в структурах pSi-nSil-xSnx проведены эксперименты по определению ВАХ при различных значениях температуры (рис. 2, а). Для этого образцы помещали и механически плотно закрепляли на металлическом криостате, в котором значение остаточного давления снижено примерно до 3.10 торр. К исследуемым структурам pSi-nSil-xSnx с помощью блока питания Б5-45А приложили напряжение, значения которого фиксировались вольтметром В7-9. Для наблюдения
I, мА
I, мА
О 0,5 1,0 1,5 2,0 V, В 0 1,2 1,3 1,4 1,5 V, В а б
Рис. 2. Прямые (а) и сублинейные (б) участки ВАХ гетероструктур pSi-nSil-xSnx в полулогарифмическом масштабе при значениях температуры 293 (1), 313 (2), 333 (3), 353 (4), 373 (5) и 393 К (6)
силы тока, проходящего через исследуемый образец, использовали многофункциональный прибор Щ-300.
Результаты экспериментов показали, что прямая ветвь ВАХ структур pSi-nSi1-xSnx при значениях температуры 293.393 К состоит из двух специфических участков (см. рис. 2, а). Первый из этих участков ВАХ в диапазоне напряжений 0.0,5 В описывается зависимостью вида [13]:
I = I0 exp
eV ckT
(8)
где 10 — предэкспоненциальный множитель; e — заряд электрона; V — подаваемое напряжение к структуре; с — показатель, вычисленный по экспоненциальному участку ВАХ при различных значениях температуры (табл. 1). Значение показателя с уменьшается при повышении температуры от 293 до 353 К.
Таблица 1
Значения параметров структур рБ^иБЬ-хБпх
T, K 293 313 333 353 373 393
с 2,78 2,77 2,66 2,62 2,85 2,93
I0, мкА 7,32 11,25 19,64 31,43 51,07 84,11
ц рт p, 10-5, см2/В 3,62 3,41 3,62 3,57 2,66 2,37
р, 105, Ом • см 5,74 3,95 2,32 1,50 1,06 0,69
Используя экспериментальные значения подвижности основных носителей (электронов) ^п « 538 см2/(В • с) и толщины базы пБй-хБпх й « 45 мкм, а также значение показателя экспоненты с, рассчитанное из (8), по формуле
:(Ь +1 ) = 2b + ch
r dл V LP
+1 (9)
можно вычислить отношение й/Ьр = 2,1 (й/Ьр > 1). Далее можно найти значение Ьр при температуре 293 К (Ь = 3, как и в [14]): Ьр « 9,57 мкм.
Полученные результаты позволили определить произведение подвижности и времени жизни неосновных носителей: дрхр = qЬ2p /(кТ) (см. табл. 1). Согласно данным, приведенным в табл. 1, значения р, рХ р в интервале 293...353 К слабо зависят от температуры, а в интервале 353...393 К наблюдается уменьшение значения произведение р, рХ р.
Предэкспоненциальный множитель 1о в формуле (8) имеет вид [9]:
1 = кТ БЬ еЬ (й/ Ьр) (1о)
0 % 2(Ь + 1)ЬрР (й/(2Ьр)),
где р — удельное сопротивление переходного слоя, расположенного между кремниевой (Б1) подложкой и эпитаксиальным слоем твердого раствора Би-хЗп* (т. е. р-п-перехода). Значение предэкспоненциального множителя, определенное по ВАХ, при комнатной температуре равнялось 7,32 мкА. С использованием (10) и экспериментальных точек на кривых ВАХ при комнатной температуре вычислено значение удельного сопротивления переходного слоя между подложкой и эпитак-сиальной пленкой: 5,74 • 105 Ом • см. С увеличением температуры удельное сопротивление переходного слоя между подложкой и эпитаксиаль-ной пленкой уменьшается.
За экспоненциальной зависимостью ВАХ в исследованном диапазоне значений температуры наблюдается участок ВАХ, где ток слабо меняется с ростом приложенного напряжения (рис. 2, б). Этот участок ВАХ может быть хорошо описан в рамках изложенной выше теории эффекта инжек-ционного обеднения (6). Используя (6), можно определить значение параметра а непосредственно по сублинейному участку ВАХ [3]:
* Определено методом Холла при комнатной температуре.
а _ Б 1п (у / У2) а — ,
(11 -12 )й
где 11, 12 — значения тока при напряжениях У\, У2 в последовательных точках сублинейного участка ВАХ. Поскольку коэффициент диффузии носителей заряда зависит только от температуры и подвижности основных носителей, определив параметр а по соотношению (4), можно найти произведение подвижности основных носителей и концентрации глубоких примесей (табл. 2) [10]. Полученное значение а позволило из формулы (4) найти значение концентрации глубоких примесей, ответственное за появление сублинейного участка: N = 5,3 • 1012 см-3 (при комнатной температуре).
Таблица 2
Значение параметра а и произведения подвижности основных носителей и концентрации глубоких примесей ц„ N в зависимости от температуры
Параметр Т, K
293 313 333 353 373 393
а, 103, см/А 6,58 5,49 3,79 3,22 2,82 3,45
VnNt, 1016, (В ■ см ■ с)-1 1,84 2,11 2,87 3,20 3,02 3,10
Произведение основных носителей в твердом растворе пБй-хБпх
увеличивается с возрастанием температуры. По-видимому, это позволяет заключить, что в таком твердом растворе большую роль в зависимости подвижности от температуры играет рассеяние носителей на глубоких примесях. Результаты рентгенодифракционного анализа эпитаксиальных слоев твердых растворов Бй-хБпх и его кремниевой подложки, выращенной методом жидкофазной эпитаксии, приведены в [15]. Установлено, что молекулы олова могут не только частично замещать молекулы кремния, но и сегрегироваться в дефектоспособных местах — между блоками, на межфазовых границах, образуя в этих местах нановключения олова. Учитывая результаты рентгеноструктурных исследований, можно предположить, что в твердом растворе БЬ-хБпх примесные атомы олова, замещая в узлах кристаллической решетки атомы кремния, будут вести себя как нейтральный атом замещения. Возможно, находясь на межфазовых границах, они будут вести себя как обычная глубокая примесь и будут ответственны за наблюдаемую сублинейную ВАХ.
Следует отметить, что удельное сопротивление эпитаксиального слоя, определенное методом Холла, составляет 0,8 Ом • см, однако все полученные характеристики свидетельствуют о том, что между эпитаксиальной пленкой
и подложкой образуется слой с другими характеристиками, иначе в таких ВАХ не наблюдается и, следовательно, не может наблюдаться экспоненциальная зависимость (7). Таким образом, исследованную структуру можно рассматривать как переход pSi-nSil-xSnx-n+Sil-xSnx (0 < х < 0,04) с высоко-омным ^Ь-^Дк-слоем (рис. 3).
-с1р 0 с},,*- х
—I-1-1-1-*
1 2 3 4 5 6 1
Рис. 3. Схема структуры pSi-nSi!-xSnx-n+Si1-xSnx (0 < х < 0,04):
1 — омические токосъемные контакты; 2 — слой pSi (подложка); 3 — область объемного заряда инжектирующего перехода pSi-nSi1-xSnx (0 < х < 0,04); 4 — высокоомный эпитак-сиальный слой твердого раствора pSi-nSii-xSnx (0 < х < 0,04); 5 — область объемного заряда инжектирующего перехода nSi1-xSnx-n+Si1-xSnx (0 < х < 0,04); 6 — низкоомный эпитаксиальный слой твердого раствора n+Si1-xSnx (0 < х < 0,04)
Заключение. Полученные экспериментальные и расчетные результаты позволяют сделать вывод, что в твердом растворе Si1-xSnx (0 < x < 0,04) существенную роль в механизме подвижности играет рассеяние носителей заряда не только на сложных комплексах, но и на нановключениях.
Эпитаксиальные пленки твердых растворов Si1-xSnx (0 < x < 0,04) на кремниевых подложках полагаются активными полупроводниковыми материалами. Полученные на их основе структуры и описание механизмов различных электрофизических процессов, наблюдаемых в них, как в теоретическом, так и в практическом аспекте являются актуальными для полупроводникового материаловедения [1]. Можно предположить, что исследуемые в работе эпитаксиальные пленки твердых растворов Si1-xSnx (0 < x < 0,04) могут быть перспективными материалами для диодов, работающих в режиме двойной инжекции.
Благодарности
Автор выражает благодарность научному консультанту, академику Академии наук Республики Узбекистан С.З. Зайнабидинову, профессору А.Ю. Лейдерман и д-ру физ.-мат. наук Ш.Н. Усмонову за помощь в работе, профессору А.С. Саидо-ву — за предоставление исследуемых образцов.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Зайнабидинов С.З., Мадаминов Х.М. Механизм токопрохождения в полупроводниковых p-Si-n-(SÎ2)i-x(CdS)x структурах. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2020, № 4 (91), с. 58-72.
DOI: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2020-4-58-72
[2] Андреев В.М., Долгинов Л.М., Третьяков Д.Н. Жидкостная эпитаксия в технологии полупроводниковых приборов. М., Сов. радио, 1975.
[3] Leiderman A.Yu., Karageorgy-Alkalaev P.M. On the theory of sublinear current-voltage characteristics of semiconductor structures. Solid State Commun., 1978, vol. 25, iss. 10, pp. 781-783. DOI: https://doi.org/10.1016/0038-1098(78)90239-9
[4] Usmonov Sh.N., Saidov A.S., Leiderman A.Yu. Effect of injection depletion in p-n heterostructures based on solid solutions (Si2)—-y(Ge2)x(GaAs)y, (Si2)1-x(CdS)x, (InSb)1-*(Sn2)*, and CdTe1-xSx. Phys. Solid State, 2014, vol. 56, no. 12, pp. 2401-2407. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063783414120348
[5] Зайнабидинов С.З., Лейдерман А.Ю., Каланов М.У. и др. Особенности электрофизических свойств p-n-структур на основе непрерывного твердого раствора n-Ge-p-(Ge2)1-x-y(GaAs)x(ZnSe)y. Узбекский физический журнал, 2015, № 17, с. 301-305.
[6] Saidov A.S., Leyderman A.Yu., Usmonov Sh.N., et al. I-V characteristic of p-n structures based on a continuous solid solutions (Si2)1-x(CdS)x. Semiconductors, 2009, vol. 43, no. 4, pp. 416-418. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063782609040022
[7] Saidov A.S., Leyderman A.Yu., Usmonov Sh.N., et al. Effect of injection depletion in p-Si-n-(Si2)1-x(ZnSe)x (0 < x < 0.01) heterostructure. Semiconductors, 2018, vol. 52, no. 9, pp. 1188-1192. DOI: https://doi.org/ 10.1134/S1063782618090142
[8] Saidov A.S., Saidov M.S., Usmonov Sh.N., et al. Growth of (InSb)1-x(Sn2)x films on GaAs substrates by liquid-phase epitaxy. Semiconductors, 2010, vol. 44, no. 7, pp. 938-945. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063782610070183
[9] Usmonov Sh.N., Mirsagatov S.A., Leyderman A.Yu. Study of the current-voltage characteristic of the n-CdS/p-CdTe heterostructure depending on temperature. Semiconductors, 2010, vol. 44, no. 3, pp. 313-317.
DOI: https://doi.org/10.1134/S1063782610030073
[10] Саидов А.С., Амонов К.А., Лейдерман А.Ю. Исследование зависимости вольт-амперной характеристики p-Si-n-(Si2)l-x-y(Ge2)x(ZnSe)y-структур от температуры. Comp. Nanotechnol., 2019, № 3, с. 16-21.
DOI: https://doi.org/10.33693/2313-223X-2019-6-3-16-21
[11] Адирович Э.И., Карагеоргий-Алкалаев П.М., Лейдерман А.Ю. Токи двойной инжекции в полупроводниках. М., Сов. радио, 1978.
[12] Li S.S. Semiconductor physical electronics. New York, NY, Springer, 2006. DOI: https://doi.org/10.1007/0-387-37766-2
[13] Зайнабидинов С.З., Мадаминов Х.М. Влияние рекомбинационных процессов на механизм токопрохождения в pSi-nSii-xSnx (0 < x < 0,04) структурах. Петербургский журнал электроники, 2017, № 4, с. 8-13.
[14] Мейлихов Е.З., Лазарев С.Д. Электрофизические свойства полупроводников. М., Атоминформ, 1987.
[15] Saidov A.S., Usmonov Sh.N., Kalanov M., et al. Structure and photoelectric properties of Sh-xSn* epilayers. Tech. Phys. Lett., 2010, vol. 36, no. 9, pp. 827-829.
DOI: https://doi.org/10.1134/S1063785010090154
Мадаминов Хуршиджон Мухамедович — канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «Физика» Андижанского государственного университета (Республика Узбекистан, 170100, Андижан, ул. Университетская, д. 129).
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Мадаминов Х.М. Влияние инжекционных эффектов на электрические свойства гетеропереходов pSi-nSi1-xSn*. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2021, № 2 (95), с. 71-84. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2021-2-71-84
EFFECT OF INJECTION PHENOMENA ON ELECTRICAL PROPERTIES OF pSi-nSii-xSnx HETEROJUNCTIONS
Kh.M. Madaminov [email protected]
Andijan State University, Andijan, Republic of Uzbekistan
Abstract
We studied the current-voltage characteristic of pSi-nSii-xSnx structures in the temperature range of 293-393 K so as to find out the role of injection phenomena during electrical property formation in pSi-nSii-xSnx heterojunctions derived from the Sii-xSnx (0 < x < 0.04) solid solution. We established that the current-voltage characteristic of such heterojunctions consists of two typical segments. We determined that an exponential function describes the first current-voltage characteristic segment well. In all current-voltage characteristics the exponential curve is followed by sublinear segments that do not depend on temperature. We show that the theory of injection depletion effect describes these segments well. We used the sublinear segment of the current-voltage characteristic to deter-
Keywords
Solid solution, liquid-phase epitaxy, diode configuration, current-voltage characteristic, sublinear segment, injection depletion effect
mine the value of the parameter a, which can be employed to calculate deep level impurity concentration leading to the appearance of the sublinear segment. We prove that the structure under investigation may be considered to be a pSi-nSii-xSnx-n+Sii-xSnx (0 < x < 0.04) junction with a high-resistance nSii-xSnx layer. The analysis results make it possible to conclude that charge carrier dissipation on both complex aggregates and nanoinclusions plays a significant role in forming elec-trophysical properties in the Sii-xSnx (0 < x < 0.04) solid solution and that epitaxial films of Si1-xSnx (0 < x < 0.04) solid solutions derived on silicon substrates are efficient promising materials for developing diodes operating under double injection
Received 16.09.2020 Accepted 12.11.2020 © Author(s), 2021
The study was conducted as part of the project of the State Science and Engineering Program of the Republic of Uzbekistan (project no. OT-F2-68)
REFERENCES
[1] Zaynabidinov S.Z., Madaminov Kh.M. Charge transport mechanism in p-Si-n-(Si2)i-x(CdS)x semiconductor structures. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Natural Sciences, 2020, no. 4 (91), pp. 58-72 (in Russ.).
DOI: http://dx.doi.org/10.18698/1812-3368-2020-4-58-72
[2] Andreev V.M., Dolginov L.M., Tretyakov D.N. Zhidkostnaya epitaksiya v techno-logii poluprovodnikovykh priborov [Liquid epitaxy in technology of semiconductor devices]. Moscow, Sovetskoe radio Publ., 1975.
[3] Leiderman A.Yu., Karageorgy-Alkalaev P.M. On the theory of sublinear current-voltage characteristics of semiconductor structures. Solid State Commun., 1978, vol. 25, iss. 10, pp. 781-783. DOI: https://doi.org/10.1016/0038-1098(78)90239-9
[4] Usmonov Sh.N., Saidov A.S., Leiderman A.Yu. Effect of injection depletion in p-n heterostructures based on solid solutions (Si2)1-*-y(Ge2)*(GaAs)y, (Si2)1-*(CdS)M (InSb)1-x(Sn2)x, and CdTe1-xSx. Phys. Solid State, 2014, vol. 56, no. 12, pp. 2401-2407. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063783414120348
[5] Zaynabidinov S.Z., Leyderman A.Yu., Kalanov M.U., et al. Electrophysical properties features of p-n structures based on n-Ge-p-(Ge2)1-x-7(GaAs)x(ZnSe)y continuous solid solution. Uzbekskiy fizicheskiy zhurnal, 2015, no. 17, pp. 301-305 (in Russ.).
[6] Saidov A.S., Leyderman A.Yu., Usmonov Sh.N., et al. I-V characteristic of p-n structures based on a continuous solid solutions (Si2)1-x(CdS)x. Semiconductors, 2009, vol. 43, no. 4, pp. 416-418. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063782609040022
[7] Saidov A.S., Leyderman A.Yu., Usmonov Sh.N., et al. Effect of injection depletion in p-Si-n-(Si2)1-x(ZnSe)x (0 < x < 0.01) heterostructure. Semiconductors, 2018, vol. 52, no. 9, pp. 1188-1192. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063782618090142
[8] Saidov A.S., Saidov M.S., Usmonov Sh.N., et al. Growth of (InSb)i-x(Sn2)x films on GaAs substrates by liquid-phase epitaxy. Semiconductors, 2010, vol. 44, no. 7, pp. 938-945. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063782610070183
[9] Usmonov Sh.N., Mirsagatov S.A., Leyderman A.Yu. Study of the current-voltage characteristic of the n-CdS/p-CdTe heterostructure depending on temperature. Semiconductors, 2010, vol. 44, no. 3, pp. 313-317.
DOI: https://doi.org/10.1134/S1063782610030073
[10] Saidov A.S., Amonov K.A., Leyderman A.Yu. Research of the dependence of current-voltage characteristics p-Si-n-(Si2)1xy(Ge2)x(ZnSe)y-structures on temperature. Comp. Nanotechnol., 2019, no. 3, pp. 16-21 (in Russ.).
DOI: https://doi.org/10.33693/2313-223X-2019-6-3-16-21
[11] Adirovich E.I., Karageorgiy-Alkalaev P.M., Leyderman A.Yu. Toki dvoynoy in-zhektsii v poluprovodnikakh [Dual injection currents in semiconductors]. Moscow, Sovetskoe radio Publ., 1978.
[12] Li S.S. Semiconductor physical electronics. New York, NY, Springer, 2006. DOI: https://doi.org/10.1007/0-387-37766-2
[13] Zaynabidinov S.Z., Madaminov Kh.M. The impact of recombination processes on the current-carryng process in pSi-nSù-xSnx (0 < x < 0.04) structures. Peterburgskiy zhurnal elektroniki [Petersburg Electronics Journal], 2017, no. 4, pp. 8-13 (in Russ.).
[14] Meylikhov E.Z., Lazarev S.D. Elektrofizicheskie svoystva poluprovodnikov [Elec-trophysical properties of semiconductors]. Moscow, Atominform Publ., 1987.
[15] Saidov A.S., Usmonov Sh.N., Kalanov M., et al. Structure and photoelectric properties of Si1-xSnx epilayers. Tech. Phys. Lett., 2010, vol. 36, no. 9, pp. 827-829.
DOI: https://doi.org/10.1134/S1063785010090154
Madaminov Kh.M. — Cand. Sc. (Phys.-Math.), Assoc. Professor, Department of Physics, Andijan State University (Universitetskaya ul. 129, Andijan, 170100 Republic of Uzbekistan).
Please cite this article in English as:
Madaminov Kh.M. Effect of injection phenomena on electrical properties of pSi-nSi1-xSnx heterojunctions. Herald of the Bauman Moscow State Technical University, Series Natural Sciences, 2021, no. 2 (95), pp. 71-84 (in Russ.). DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2021-2-71-84
