Научная статья на тему 'Влияние условий изготовления на электрические и фотоэлектрические свойства фотоэлемента на основе контакта Pd-n-GaAs с барьером Шоттки'

Влияние условий изготовления на электрические и фотоэлектрические свойства фотоэлемента на основе контакта Pd-n-GaAs с барьером Шоттки Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
171
32
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук
Ключевые слова
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОЭЛЕМЕНТА / АРСЕНИД ГАЛЛИЯ Л-ТИПА / КОНТАКТЫ С БАРЬЕРОМ ШОТТКИ / METHOD OF FABRICATING THE PHOTOCELL / N-TYPE GALLIUM ARSENIDE / SCHOTTKY BARRIER CONTACTS

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Блесман Александр Иосифович, Бурлаков Рудиарий Борисович

Рассмотрены структура и методика изготовления фотоэлемента на основе контакта Pd-n-GaAs с барьером Шоттки. Измерены ВАХ фотоэлементов, их C-V-характеристики, спектры фото-э.д.с. и тока короткого замыкания, и определена высота барьера Шоттки фВл контактов Pd-n-/r+-GaAs фотоэлектрическим методом. Показано, что отжиг структур n-/r+-GaAs-AuGe в воздухе при (200-210) °С в течение 30 минут перед осаждением пленки Pd на n-слой GaAs приводит: к уменьшению на два порядка прямых / и обратных токов 1обр (при V=0,5 B), уменьшению на три порядка плотности тока насыщения J0, уменьшению емкостей фотоэлементов до значений (241-233) пФ при обратных напряжениях (0,22-0,96) В, уменьшению тока короткого замыкания фотоэлементов и к увеличению их фото-э.д.с., что связано с образованием тонкого слоя диэлектрика на л-слое при отжиге структур n-/r+-GaAs-AuGe в воздухе.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Блесман Александр Иосифович, Бурлаков Рудиарий Борисович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

FLUENCE OF TERMS OF FABRICATION ON ELECTRICAL AND PHOTOELECTRIC PROPERTIES OF PHOTOCELL ON BASE OF SCHOTTKY BARRIER CONTACT PD-N-GAAS

Structure and strategy of the fabrication of the photocell on the base of the Schottky barrier contact Pd-n-GaAs are considered. There is measured I(V)-features of photocells, their C-V-features, spectrums photovoltage and current of the short circuit, and determined height of the Schottky barrier contacts Pd-n-n+-GaAs by photoelectric method. There is shown that air annealing of structures n-n+-GaAs-AuGe under (200 210) °C within 30 minutes before precipitating a film Pd on n-GaAs brings: to the reduction on two orders direct Idir and inverse Iinv currents (under 0,5 V), to reduction on three orders of density of the current of the saturation J0, to reduction of capacities of photocells before values (241 233) pF under inverse tensions (0,22 0,96) V, reduction of the current of the short circuit of photocells and to increase their photovoltage that connected with formation fine insulator film on n-GaAs under air annealing of structures n-n+-GaAs-AuGe.

Текст научной работы на тему «Влияние условий изготовления на электрические и фотоэлектрические свойства фотоэлемента на основе контакта Pd-n-GaAs с барьером Шоттки»

УДК 621.382

йО!: 10.25206/1813-8225-2019-165-78-83

А. И. БЛЕСМАН1 Р. Б. БУРЛАКОВ2

1Омский государственный технический университет, г. Омск

2Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского,

г. Омск

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОТОЭЛЕМЕНТА

НА ОСНОВЕ КОНТАКТА Ра-л-ОаЛ5 С БАРЬЕРОМ ШОТТКИ

Рассмотрены структура и методика изготовления фотоэлемента на основе контакта Р^л-ваАз с барьером Шоттки. Измерены ВАХ фотоэлементов, их С-У-характеристики, спектры фото-э.д.с. и тока короткого замыкания, и определена высота барьера Шоттки фВл контактов Р^л-/?+-ОаАз фотоэлектрическим методом. Показано, что отжиг структур л-л+-ОаЛ5-ЛиОе в воздухе при (200—210) °С в течение 30 минут перед осаждением пленки Pd на п-слой ваАз приводит: к уменьшению на два порядка прямых / и обратных токов 1обр (при У=0,5 В), уменьшению на три порядка плотности тока насыщения У0, уменьшению емкостей фотоэлементов до значений (241—233) пФ при обратных напряжениях (0,22—0,96) В, уменьшению тока короткого замыкания фотоэлементов и к увеличению их фото-э.д.с., что связано с образованием тонкого слоя диэлектрика на / -слое при отжиге структур л-л+-ОаАз-АиОе в воздухе.

Ключевые слова: способ изготовления фотоэлемента, арсенид галлия / -типа, контакты с барьером Шоттки.

Введение. Арсенид галлия давно привлекает внимание исследователей как перспективный материал для микроэлектроники, так как он обладает высокой (в шесть раз большей, чем в кремнии) подвижностью электронов и большой шириной запрещенной зоны, что является необходимым условием работоспособности структур при повышенных температурах. Пластины СаАБ могут обладать очень высокими значениями удельного сопротивления. Это позволяет использовать такой материал в качестве диэлектрика в интегральных схемах, предназначенных для работы в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн, и для изоляции структур в цифровых интегральных схемах [1, 2].

Однако определенный недостаток арсенида галлия заключается в том, что он является двух-компонентным соединением. В связи с этим приходится понижать максимальные температуры во время технологических процессов, предотвращая тем самым диссоциацию поверхности структур. Легирование с помощью процесса диффузии, нашедшее широкое применение при производстве кремниевых приборов, оказалось практи-

чески неприемлемым при использовании СаАБ. Естественный оксид арсенида галлия не является стабильным соединением, что у кремния явилось важным фактором при создании технологии производства кремниевых МОП-транзисторов. Поверхность СаАБ более восприимчива к воздействию различных химических веществ [3, 4], используемых в технологических процессах, что требует в ряде случаев разработки нового подхода к реализации этих процессов.

Несмотря на эти недостатки арсенида галлия, исследования и разработки как технологии изготовления и свойств арсенида галлия, так и различных приборов на его основе (начатые в начале 60-х годов) продолжаются уже более 50 лет [5 10], включая исследования структур с барьером Шоттки на основе арсенида галлия с различными материалами барьерообразующего контакта [7, 8]. Одной из таких структур является структура Р(Л-л-СаА8 с барьером Шоттки, применяемая в сенсорах водорода и содержащая тонкий оксидный слой на границе раздела металл — полупроводник [11 — 16]. Возможно, реакции с СаАБ на границе раздела металл — полупроводник

при повышенных температурах [17 22] явились причинами снижения интереса к контакту полупрозрачная пленка Р(Л-п-СаА8 и фактического отсутствия работ, связанных с исследованиями фотоэлектрических свойств фотоэлементов на основе этого контакта, которым посвящена настоящая работа.

Экспериментальные методики и результаты. В данной работе для изготовления четырех экспериментальных образцов использовались две эпитаксиальные структуры л-л+-СаАв ориентации (100) с концентрацией доноров в л-слое (2,4 — 2,6)4015 см-3, которые были разрезаны на образцы с размерами 8x12 мм2. Один из прямоугольных уголков (с длиной катета 1 мм) каждого образца был срезан для визуальной фиксации поверхности л-слоя. Непосредственно перед вакуумным осаждением металла омических контактов образцы промывались в этиловом спирте и ацетоне, очищались в растворе ИР + И20 (1:1) в течение 70 — 80 секунд с последующей промывкой в дистиллированной воде и ацетоне. Затем образцы помещались в свободную металлическую маску с прямоугольными отверстиями, которую устанавливали в вакуумную камеру установки УВН 2М1. Вакуумную камеру откачивали до давления остаточных газов (1,5 — 2)• 10-5 мм рт. ст., отжигали образцы в вакууме в течение 10—15 минут при температуре 120 °С и после этого при этой температуре выполняли локальное осаждение на поверхность л+-слоя четырех образцов СаАБ тонкой пленки сплава Аи-Се (88 % Аи + 12 % Се) толщиной 110 нм в виде полос с размерами 6x10 мм2 путем испарения сплава из углеродного испарителя (углеродный стержень длиной 100 мм и диаметром 6 мм с продольной канавкой сечением 2x2 мм2, в центре которой размещалась вставка длиной 20 мм из Ш проволоки диаметром 0,8 мм). Затем образцы СаАБ с осажденными контактами из сплава Аи-Се отжигали в вакуумной камере (давление — (1,5 — 2)40-5 мм рт. ст.) при температуре 480 °С в течение 1 минуты в кварцевой трубчатой печи сопротивления, что обеспечивало образование омического контакта к л+-слою каждого образца.

Перед вакуумным осаждением металла барьерных электродов два образца из четырех образцов с изготовленными омическими контактами из сплава Аи-Се были дополнительно подвергнуты термическому отжигу в воздухе в кварцевой трубчатой печи сопротивления при температуре (200 — 210) °С в течение 30 минут.

Барьерные контакты Р(Л-п-п+-СаА8 были созданы путем вакуумного испарения палладия из вновь изготовленного вольфрамового испарителя (четыре Ш проволоки длиной 65 мм и диаметром 0,8 мм, соединенные параллельно на всей длине испарителя), который предварительно отжигался в глубоком вакууме при 1200 — 1400 °С. Перед вакуумным осаждением палладия на поверхность л-слоя четырех образцов их перекладывали в свободную металлическую маску с отверстиями диаметром 4 мм, которую устанавливали в вакуумную камеру и при давлении остаточных газов (1,5 — 2)-10-5 мм рт. ст. отжигали образцы в вакууме в течение 10 — 12 минут при температуре 140 °С. После этого при такой температуре выполняли локальное осажде-

Рис. 1. Вид на экспериментальный образец со стороны контактов Рй-л-л+-СаЛ8

и его сечение по А-А: 1 — л-слой ваЛБ; 2 — л+-слой ваЛБ; 3 — омический контакт Ли-ве к л+-слою ваЛБ; 4 — слой Л1 на омическом контакте Ли-ве к л+-слою ваЛБ; 5 и 6 — контакты Рй-л-л+-СаЛБ с барьером Шоттки

ние через отверстия в маске тонкой пленки с толщиной 5 нм (в виде двух дисков диаметром 4 мм на каждом образце) путем испарения малой навески с массой 11 мг. Затем при давлении остаточных газов (1,5 — 2)• 10-5 мм рт. ст. и температуре образцов 130 °С осаждали пленку алюминия толщиной 350 нм через прямоугольные отверстия (с размерами 6x10 мм2) в маске на поверхность металла (Аи-Се) омического контакта образцов.

Таким образом, в результате реализации вышеописанного технологического процесса на каждом образце СаАБ были созданы два фотоэлемента, каждый из которых имеет общий омический контакт к п + -слою и два контакта Р(Л-п-п+-СаА8 с барьером Шоттки (рис. 1). Следует отметить, что в этом технологическом процессе перед вакуумным нанесением палладия на поверхность л-слоя четырех образцов они не подвергались химическому травлению с целью удаления пленки окисла. Поэтому в изготовленных образцах на границе раздела палладий — л-слой возможно образование как естественного окисла [16], так и увеличение толщины этого окисла в структуре барьерных контактов двух образцов, которые перед вакуумным осаждением палладия были дополнительно подвергнуты термическому отжигу в воздухе при темтературе (200 — 210) °С в течение 30 минут. Именно с точки зрения влияния дополнительного термического отжига в воздухе на электрические и фотоэлектрические свойства фотоэлементов с такими барьерными контактами рассмотрены ниже свойства всех изготовленных фотоэлементов.

В данной работе были измерены (при Т= = 295 К) следующие электрические и фотоэлектрические характеристики фотоэлементов на основе контакта Р(Л-п-СаА8 с барьером Шот-

Таблица 1

Электрические и фотоэлектрические параметры структур Рй-п-л+-СаАз-АиСе

ВАХ контакта Емкость контакта ФЭ метод Освещение

№ фотоэлемента I , мкА пр 1бр, мкА V.; ^ В Ф^ В 75 Вт, Ь = 5 см

У=0,5 В У=0,5 В А/см2 С,; ^ пф Ух, мВ 1з, мА

0,21; 0,96

12-1 6800 9,2 1,610-6 1737; 1363 1,112 390 0,6

12-2 6800 1,73 710-9 1835; 1431 1,112 395 0,6

22-1 6200 1,36 2,910-9 1709; 1341 1,111 405 0,7

22-2 5700 1,35 4-10-9 1709; 1341 1,111 404 0,7

0,22; 0,96

33-1 22 0,014 910-12 234; 226 1,121 470 0,11

33-2 73 0,018 9,610-12 240; 232 1,12 460 0,12

43-1 70 1,84 1,7 ■ 10-11 249; 242 1,12 465 0,115

43-2 67 0,02 610-12 241; 233 1,121 465 0,13

Примечание: Первая цифра (1, 2, 3, 4) в номере фотоэлемента — номер образца СаЛБ. Вторая цифра в номере фотоэлемента: 2 — нет дополнительного отжига в воздухе перед осаждением пленки Рб; 3 — дополнительный отжиг образца л-л+-СаЛз-ЛиСв в воздухе перед осаждением пленки Рб. Третья цифра в номере фотоэлемента — номер фотоэлемента (1 и 2) на образце СаЛБ (см. рис. 1).

25000

20000

15000

10000

5000

N >33-2 [

I

^12-2

I

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,3 Напряжение. В

Рис. 2. Вольт-амперные характеристики фотоэлементов № 12-2 и № 33-2 при прямой полярности приложенного напряжения. Структура л-л+-СаАБ-АиСе фотоэлемента № 33-2 была подвергнута отжигу в воздухе при (200-210) °С в течение 30 минут перед осаждением пленки Рй на п-слой ваАБ

Рис. 3. Зависимости логарифма прямого тока (Ьп 1пр) от приложенного напряжения для фотоэлементов № 12-2 и № 33-2. Структура п-п+-СаАБ-АиСе фотоэлемента № 33-2 была подвергнута отжигу в воздухе при (200-210) °С в течение 30 минут перед осаждением пленки Рй на л-слой ваАБ

тки: темновые статические вольт-амперные характеристики (ВАХ) (с помощью мультиметров М890С и МУ-60), С-У-характеристики с использованием высокочастотного измерителя Е7-9, в котором измерение емкости производится на рабочих частотах (700 — 300) кГц, спектр фото-э.д.с. в фотовольтаическом режиме (режим холостого хода фотоэлемента) и спектр тока короткого замыкания в фотовольтаическом режиме, и определена высота барьера Шоттки фВп кон-

тактов Рб-л-л+-СаЛБ фотоэлектрическим методом на основе использования их спектров тока короткого замыкания [23]. Эти характеристики были измерены на восьми фотоэлементах (изготовленных на четырех структурах л-л+-СаЛБ) с помощью спектрофотометра У8и 2-Р, в котором в качестве источника излучения была применена вольфрамовая лампа накаливания (6 В, 30 Вт). При этом исследуемый фотоэлемент устанавливали в поток излучения в кюветной камере

6.00Е+17

5.00Е+17

, 4.00Е+17 Э-

" 3.00Е+17

О

^ 2.00Е+17 1.00Е+17 О.ООЕ+ОО

-1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 О

Напряжение, В

Рис. 4. С-У-характеристики фотоэлементов № 12-1 и № 12-2, расположенных на одном образце СаЛя

N а. / 212-1 /

%

/ / X

/ №12 2

Рис. 6. Спектры фото-э.д.с. фотоэлементов № 12-2 и № 33-2. Структура л-л+-СаЛ5-ЛиСе фотоэлемента № 33-2 была подвергнута отжигу в воздухе при (200-210) °С в течение 30 минут перед осаждением пленки Рй на л-слой СаЛя

450

400

350

ЗПП

ш

г 250

м к 200

~» 150

100

50

0

| I 1 пота,,,.,,,

^КР - —. л

N зЗЗ-1 оро

\ / ■

№12-1

\

г,™ •.и*****

0,2 0.4

0.6 0.8 1 1,2 Дпина волны мкм

1.4

Рис. 5. Спектры фото-э.д.с. фотоэлементов № 12-1 и № 33-1. Структура л-л+-СаЛ8-ЛиСе фотоэлемента № 33-1 была подвергнута отжигу в воздухе при (200-210) °С в течение 30 минут перед осаждением пленки Рй на л-слой СаЛя

Рис. 7. Спектры тока короткого замыкания фотоэлементов № 12-2 и № 33-2. Структура л-л+-СаЛ8-ЛиСе фотоэлемента № 33-2 была подвергнута отжигу в воздухе при (200-210) °С в течение 30 минут перед осаждением пленки Рй на л-слой СаЛ

спектрофотометра, а спектр фото-э.д.с. и спектр тока короткого замыкания измеряли с помощью мультиметров М890С и МУ-60 соответственно. При измерениях этих спектров ток вольфрамовой лампы поддерживали на неизменном уровне 5,2 А. Кроме этого, были измерены фото-э.д.с. V и ток короткого замыкания I каждого фотоэлемента при освещении контакта Р(Л-п-СаА8 интегральным светом вольфрамовой лампы накаливания (220 В, 75 Вт) с расстоянием 5 см от нити накала лампы до барьерного контакта, а также определена плотность тока насыщения J0 на основе использования зависимости логарифма прямого тока (Ьп I ) от приложенного напряжения V для области, где У>3кТ/д, а коэффициент неидеальности не превышает 1,3. При этом пересечение прямой Ьп 1пр (V) с вертикальной осью (в результате линейной экстраполяции к V=0) определяет Ьп 10 и, следовательно, ток насыщения 10 и плотность тока насыщения J0 = I0/S. Результаты измерений указанных выше электрических и фотоэлектрических характеристик фотоэлементов представлены в табл. 1 и на рис. 2 — 7.

Из представленных в табл. 1 и на рис. 2 — 4 электрических характеристик фотоэлементов следует, что фотоэлементы № 33-1, № 33-2, № 43-1 и № 43-2, у которых структуры п-п+-СаАв-АиСе были подвергнуты дополнительному отжигу в воздухе при (200 — 210) °С в течение 30 минут перед осаждением пленки на л-слой СаАБ, имеют: ВАХ, сдвинутые (примерно на 0,18 В) в сторону увеличенных значений приложенных напряжений, уменьшенные на два порядка прямые 1пр и обратные токи 1о6р (при V=0,5 В) и уменьшенные на три порядка плотности тока насыщения J0. Кроме этого, емкости этих фотоэлементов, измеренные в интервале обратных напряжений (0,22 — 0,96) В, сильно уменьшаются до значений в интервале (241—233) пФ. Эти экспериментальные факты можно объяснить образованием тонкого слоя диэлектрика (с толщиной около 20 А) на поверхности л-слоя при дополнительном отжиге структур л-л+-СаАв-АиСе в воздухе в течение 30 минут перед осаждением пленки на л-слой СаАБ, что приводит к формированию туннельных МДП структур [16,

23]. Измеряемая полная емкость таких структур включает в себя последовательно соединенные емкость обедненного слоя полупроводника и емкость слоя диэлектрика и сложным образом зависит от приложенного напряжения и рабочей частоты переменного сигнала, на которой производится измерение емкости МДП структуры. В частности, при измерении полной емкости МДП структур на повышенных рабочих частотах (выше 100 Гц), что использовалось в данной работе, может иметь место, согласно [23], сильное уменьшение измеряемой полной емкости. Уменьшение на два порядка прямых 1пр и обратных токов 1обр (при У=0,5 В) и уменьшение на три порядка плотностей тока насыщения J0 связаны с туннельным прохождением тока через слой диэлектрика в фотоэлементах, у которых структуры л-л+-СаЛБ-ЛиСе были подвергнуты дополнительному отжигу в воздухе. Разброс значений этих токов обусловлен неизбежным наличием как краевых токов утечки барьерных контактов, так и токов утечки через дефекты прижимных внешних зондов к барьерным контактам Рб-л-л+-СаЛБ.

Из представленных на рис. 5 — 7 спектров фото-э.д.с. и тока короткого замыкания фотоэлементов № 12-1, № 12-2 и № 33-1, № 33-2, освещаемых со стороны полупрозрачного слоя Рб, следует, что они действуют в диапазоне длин волн (0,5—1,1) мкм, т.е в области спектра, в которой расположена длинноволновая граница СаЛБ (Акр = 0,873 мкм) и которая включает в себя участок спектра видимого излучения (05 — 0,8) мкм, в котором, согласно [24], коэффициент поглощения СаЛБ превышает 104 см-1, участок ближней инфракрасной области спектра (0,8-0,873) мкм с коэффициентом поглощения (104- 103) см-1 [24] и участок ближней инфракрасной области спектра (0,873-0,954) мкм, в котором коэффициент поглощения СаЛБ уменьшается от 103 см-1 до 2 см-1 [24].

При этом фотоэлементы № 33-1, № 33-2 на основе структур л-л+ -СаЛБ-ЛиСе, которые были подвергнуты дополнительному отжигу в воздухе перед осаждением пленки Рб на л-слой СаЛБ, обладают более высокими значениями фото-э.д.с. (рис. 5 и 6) и уменьшенными значениями тока короткого замыкания (рис. 7) по сравнению с фотоэлементами № 12-1, № 12-2 на основе структур л-л+ -СаЛБ-ЛиСе, которые не подвергались дополнительному отжигу в воздухе перед осаждением пленки Рб на л-слой СаЛБ. Спектры фото-э.д.с. (рис. 5 и 6) фотоэлементов № 33-1 и № 33-2 (с примерно одинаковыми значениями плотности тока насыщения) одинаковы, а спектры фото-э.д.с. (рис. 5 и 6) фотоэлементов № 12-1 и № 12-2 (с различными значениями плотности тока насыщения (табл. 1)) различны, причем меньшим значениям плотности тока насыщения соответствуют более высокие значения фото-э.д.с., что согласуется с теоретическими выводами, например в [23], которые следуют из анализа ВАХ освещенного фотоэлемента. Кроме этого, как отмечается в [23], при увеличении фото-э.д.с. в фотоэлементах на МДП-структурах уменьшается ток короткого замыкания, что также видно из данных табл. 1 для фото-э.д.с. и тока короткого замыкания при освещении

фотоэлементов интегральным светом вольфрамовой лампы накаливания (220 В, 75 Вт). Фотоэлементы № 33-1, № 33-2, № 43-1 и № 43-2 (с МДП-структурами) имеют увеличенные значения фото-э.д.с., однако их токи короткого замыкания уменьшены в шесть раз, что ведет к уменьшению эффективности преобразования.

Расширение спектров фото-э.д.с. и тока короткого замыкания рассматриваемых фотоэлементов в ближнюю инфракрасную область спектра до А, = 1,1 мкм обусловлено тем, что при освещении фотоэлементов со стороны полупрозрачного слоя Рб (коэффициент пропускания которого равен 0,35) излучение видимой и инфракрасной областей спектра распространяется с частичным поглощением как в слое Рб, так и в л-слое СаЛБ. В этом случае фотоэлементы действуют как на основе возбуждения электронно-дырочных пар в л-слое СаЛБ, так и на основе внутренней фотоэмиссии горячих электронов, которые возбуждаются в Рб пленке излучением с длинами волн выше длинноволновой границы СаЛБ (А =0,873 мкм) и переходят л-слой СаЛБ, когда их энергия превышает высоту барьера фВп контакта Рб-л-л+-СаЛБ. На основе эффекта внутренней фотоэмиссии горячих электронов в данной работе была определена высота барьера Шоттки фВп контактов Рб-л-л+-СаЛБ (табл. 1) фотоэлектрическим методом [23], при этом были использованы спектры тока короткого замыкания фотоэлементов.

Следует отметить, что при необходимости использования только одного фотоэлемента из рассматриваемых двух фотоэлементов на образце СаЛБ его можно изготовить путем разделения образца, показанного на рис. 1, методом скрай-бирования на два образца с размерами 8x6 мм2.

Заключение. Таким образом, в настоящей работе предложена структура и методика изготовления фотоэлемента на основе контакта Рб-л-СаЛБ с барьером Шоттки. Измерены темновые статические вольт-амперные характеристики (ВАХ) фотоэлементов, их С-У-характеристики, спектры фото-э.д.с. в фотовольтаическом режиме и спектры тока короткого замыкания в фотовольтаическом режиме, и определена высота барьера Шоттки фВп контактов Рб-л-л+-СаЛБ фотоэлектрическим методом на основе использования их спектров тока короткого замыкания. Показано, что отжиг структур л-л+ -СаЛБ-ЛиСе в воздухе при (200-210) °С в течение 30 минут перед осаждением пленки Рб на л-слой СаЛБ приводит к уменьшению на два порядка прямых 1пр и обратных токов 1обр (при У=0,5 В), уменьшению на три порядка плотности тока насыщения J0, уменьшению емкостей фотоэлементов до значений в интервале (241-233) пФ при обратных напряжениях (0,22-0,96) В, уменьшению тока короткого замыкания фотоэлементов и к увеличению их фотоэ.д.с., что связано с образованием тонкого слоя диэлектрика на поверхности л-слоя при дополнительном отжиге структур л-л+-СаЛБ-ЛиСе в воздухе.

Библиографический список

1. Арсенид галлия в микроэлектронике: пер. с англ. / Под ред. Н. Айнспрука, У. Уиссмена. М.: Мир, 1988. 555 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Пенской П. К. Термическое окисление GaAs под воздействием композиций хемостимуляторов Sb2O3, Bi2O3, MnO, MnO2 с инертными компонентами Ga2O3, Al2O3, Y2O3: дис. ... канд. хим. наук. Воронеж, 2009. 191 с.

3. Кировская И. А., Юрьева А. В., Нор П. Е., Эккерт Р. В., Колесников Л. В., Матяш Ю. И., Корнеев С. А. Примесный и фазовый состав поверхностей полупроводников типа А3В5 — материалов для газовых сенсоров датчиков // Омский научный вестник. 2018. № 5 (161). С. 106-110. DOI: 10.25206/1813-8225-2018-161-106-110.

4. Кировская И. А., Юрьева А. В., Эккерт А. О., Уман-ский И. Ю., Колесников Л. В., Матяш Ю. И., Корнеев С. А. Исследование активности поверхности полупроводников типа А3В5. Возможности их использования в сенсорной технике // Омский научный вестник. 2018. № 5 (161). С. 111-115. DOI: 10.25206/1813-8225-2018-161-111-115.

5. Лаврентьева Л. Г., Вилисова М. Д., Ивонин И. В. Газофазовая эпитаксия арсенида галлия // Вестник Томского государственного университета. 2005. № 285. С. 74-83.

6. Хлудков С. С. Диффузия примесей в арсениде галлия, диффузионные структуры и приборы // Вестник Томского государственного университета. 2005. № 285. С. 84-94.

7. Вяткин А. П., Максимова Н. К., Филонов Н. Г. Электрофизические свойства структур с барьером Шоттки на GaAs // Вестник Томского государственного университета. 2005. № 285. С. 121-128.

8. Божков В. Г., Лукаш В. С. Полупроводниковые СВЧ-приборы // Вестник Томского государственного университета. 2005. № 285. С. 129-138.

9. Толбанов О. П. Детекторы ионизирующих излучений на основе компенсированного арсенида галлия // Вестник Томского государственного университета. 2005. № 285. С. 155-163.

10. Вилисов А. А. Светоизлучающие диоды // Вестник Томского государственного университета. 2005. № 285. С. 148-154.

11. Nie H. Y., Nannichi Y. Pd-on-GaAs Schottky Contact: Its Barrier Height and Response to Hydrogen // Japanese Journal of Applied Physics. 1991. Vol. 30, no. 5. P. 906-913. DOI: 10.1143/JJAP.30.906.

12. Kang W. P., Gurbuz Y. Comparison and analysis of Pd- and Pt-GaAs Schottky diodes for hydrogen detection // Journal of Applied Physics. 1994. Vol. 75, no. 12. 15. P. 81758181. DOI: 10.1063/1.356517.

13. Nie H. Y. Formation and decomposition of hydrogen-related electron traps at hydrogenated Pd/GaAs (n-type) Schottky interfaces // Journal of Applied Physics. 2000. Vol. 87, no. 9. P. 4327-4331. DOI: 10.1063/1.373412.

14. Тихов C. В., Лесников В. П., Подольский В. В. [и др.]. Барьер Шоттки Pd/GaAs как фотодетектор водорода // Журнал технической физики. 1995. Т. 65, № 11. С. 120-125.

15. Тихов C. В., Шоболов Е. Л., Подольский В. В. [и др.]. Влияние водорода на фотоэлектрические свойства диодов Шоттки палладий/анодный окисел/арсенид галлия // Журнал технической физики. 2003. Т. 73, № 2. С. 87-92.

16. Гаман В. И., Дробот П. Н., Карлова Г. Ф. [и др.]. Влияние водорода на вольт-амперные характеристики туннельных МДП-диодов на основе арсенида галлия // Известия высших учебных заведений. Физика. 1998. № 1. С. 69-83.

17. Вяткин А. П. [и др.] Межфазные взаимодействия в системе Pd-GaAs и их влияние на электрические свойства структур с барьером Шоттки // Известия высших учебных заведений. Физика. 1981. № 4. С. 3-7.

18. Красильникова Л. М., Ивонин И. В., Якубеня М. П. [и др.]. Процессы твердотельной перекристаллизации в структурах Ni-GaAs, Pd-GaAs // Известия высших учебных заведений. Физика. 1989. № 3. С. 60-65.

19. Olowolafe J. O., Ho P. S., Hovel H. J. [et al.]. Contact reactions in Pd/GaAs junctions // Journal of Applied Physics. 1979. Vol. 50 (2). P. 955-962. DOI: 10.1063/1.326018.

20. Sands T., Keramidas V. G., Yu A. J. [et al.]. Phase formation sequence in the Pd-GaAs system // Materials Research Society. Online Proceedings Library. 1986. Vol. 54. P. 367-372. DOI: 10.1557/PROC-54-367.

21. Kobayashi A., Sakurai T., Hashizume T. An atomistic study of the GaAs-Pd interface // Journal of Applied Physics. 1986. Vol. 59, no. 10. P. 3448-3453. DOI: 10.1063/1.336813.

22. Chuang H. F., Lee C. P., Liu D. C. An Electrical Method to Characterize Thermal Reactions of Pd/GaAs and Ni/GaAs Contacts // Journal of Electronic Materials. 1995. Vol. 24, no. 6. P. 767-772.

23. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. В 2 кн. / пер. с англ. В. А. Гергеля [и др.]; под ред. Р. А. Суриса. М.: Мир, 1984.

Кн. 1. 2-е перераб. и доп. изд. 456 с. Кн. 2. 2-е перераб. и доп. изд. 456 с.

24. Moss T. S., Hawkins T. D. F. Infrared absorption in gallium arsenide // Infrared Physics. 1961. Vol. 1, Issue 2. P. 111-115. DOI: 10.1016/0020-0891(61)90014-8.

БЛЕСМАН Александр Иосифович, кандидат технических наук, доцент (Россия), заведующий кафедрой «Физика», директор научно-образовательного ресурсного центра «Нанотехнологии» Омского государственного технического университета.

SPIN-код: 6809-3460 AuthorID (РИНЦ): 144661 ORCID: 0000-0003-2837-3469 AuthorID (SCOPUS): 11539204200 ResearcherID: B-3079-2014 Адрес для переписки: [email protected] БУРЛАКОВ Рудиарий Борисович, кандидат физико-математических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Прикладная и медицинская физика» Омского государственного университета им. Ф. М. Достоевского. AuthorID (РИНЦ): 37654

Адрес для переписки: [email protected]

Для цитирования

Блесман А. И., Бурлаков Р. Б. Влияние условий изготовления на электрические и фотоэлектрические свойства фотоэлемента на основе контакта Pd-n-GaAs с барьером Шоттки // Омский научный вестник. 2019. № 3 (165). С. 78-83. DOI: 10.25206/1813-8225-2019-165-78-83.

Статья поступила в редакцию 03.04.2019 г. © А. И. Блесман, Р. Б. Бурлаков

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.