ВПЛИВ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ НА ВОЛЬТ-АМПЕРНУ ХАРАКТЕРИСТИКУ ТА ІНЖЕКЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ГЕТЕРОПЕРЕХОДУ Ag/n-n+GaAs Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

РАДЮЕЛЕКТРОШКА ТА ТЕЛЕКОМУН1КАЦП

РАДИОЕЛЕКТРОНИКА И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ

RADIO ELECTRONICS AND TELECOMMUNICATIONS

УДК 621.382.2/3

Дмитриев В. С.

3aeidyea4 навчально-науковоГ лаборатори кафедри мкроелектронних Нформацйних систем 3anopi3bKoi державноi

iнженернoi' академп, Запoрiжжя, Украна

ВПЛИВ ТЕРМ1ЧНО1 ОБРОБКИ НА ВОЛЬТ-АМПЕРНУ ХАРАКТЕРИСТИКУ ТА 1НЖЕКЦ1ЙН1 ВЛАСТИВОСТ1 _ГЕТЕРОПЕРЕХОДУ Ag/n-n+GaAs_

Актуальтсть. В наш час дослщження та розробку гетеропереходiв проводять у напрямках пошуку нових композицiй метал-арсенщ галiю, розробки технологiчних режимiв, яга змогли б забезпечити вщтворювашсть параметрiв НВЧ приладiв з бар'ерами Шоттга.

Срiбло у порiвняннi з золотом мае бшьшу тепло- та електропровщшсть, вiдносно невеликий коефiцieнт дифузii в арсенщ галiю, що дозволяе зменшити товщину перех1дного шару Перех1д до металiзацii на основi срiбла повинен шдвищити технiчнi характеристики виробiв. Розробка технолопчних режимiв виготовлення покращених гетеропереходiв до GaAs на основi срiбла е актуальною з науковоi та практичноi точок зору.

Мета роботи - встановлення впливу термiчноi обробки на реальш вольт-ампернi характеристики та величину коефщента iнжекцii гетеропереходу Ag/n-n+GaAs.

Метод. Метод виготовлення гетеропереходiв - термiчне випаровування у вакуумi. Розрахунок параметрiв гетеропереходу за методом вольт-амперних характеристик.

Результати. Рекомендований режим хiмiчноi обробки GaAs-пiдкладки. Дослщжено вплив термiчноi обробки на параметри та характеристики гетеропереходiв Ag/n-n+GaAs. Дослщжено вплив висоти бар'еру на величину коефщента шжекци. Розглянутi та апробоваш рiзнi методи визначення висоти бар'еру Шоттга та фактору нещеальност1 з вольт-амперних характеристик.

Висновки. Встановлено, що пщвищення температури вiдпалу до 803 К дае найбшьше значення висоти бар'еру фь для гетеропереходу Ag/n-n+GaAs з концентращею донорiв в ештаксшному шарi nD=2-1016 см-3. Встановлено, що найбшьш точним методом визначення параметрiв гетеропереходу з вольт-амперно!' характеристики е метод direct approximation, який враховуе вплив послщовного опору при визначенш фактору неiдеальностi та висоти бар'еру Шоттга. Розраховаш коефщенти iнжекцii У для гетеропереходiв з рiзною висотою бар'еру Шотткi, отриманих при рiзних температурах вiдпалу мають дуже малi значення, тому шжекщею дiрок можна знехтувати.

Ключовi слова: бар'ерний перех1д, вольт-амперна характеристика, висота бар'еру, фактор нещеальност1, коефiцiент iнжекцii. НОМЕНКЛАТУРА Rs - оп1р розт1кання;

БШ - бар'ер Шоттк1; Т - температура оточуючого середовища;

ВАХ - вольт-амперна характеристика; ?в1дп - темгаратура В1дпалу;

НВЧ - надвисока частота; V - прикладена напрута;

A** - ефективна стала Рlчардсона; n - фактор не1деальност1;

C - бар'ерна емн1сть■ тГ - час релаксацп «гарячих» електрон1в у метал1;

^еш - товщина еп1такс1йного шару; т s - стала часу

к - стала Больцмана; твщп - час шдоал^

Ьр - дифуз1йна довжина неосновних носив; фЬ - висота бар ера.

Nd - концентрац1я донор1в в ештаксшному шар1; ВСТУП

итдкл. - концентращя носш у п1дкладц1; Арсен1д гал1ю привертае увагу досл1дник1в як перс-

q - заряд електрона; пективний матер1ал для м1кро- та наноелектрошки [1-5].

Rc - оп1р кюнгает^ Р1зке зб1льшення дол1 електронних прилад1в НВЧ д1апазо-

Rp - шунтуючий оп1Р; ну [1], як1 виготовляють на основ1 електронного арсе-© Дмитриев В. С. 2018 DOI 10.15588/1607-3274-2018-2-1

нiду галж>, пов'язане з бурхливим розвитком мобшьно-го зв'язку, використанням високошвидких безпровiдних телекомушкацшних засобiв та iнше.

Срiбло у ж^внянт з золотом мае бшьшу тепло- та електропроввдтсть, вiдносно невеликий коефщент дифузп в арсенiд галго, що дозволяе зменшити товщину перехвдно-го шару. Переход до металiзацп на основi срiбла повинен тдвищити технiчнi характеристики виробiв на п-ОаЛ8.

До цього часу iснують розбiжностi в питаниях вста-новлення причин вдаилення ВАХ вiд iдеальних [6-10]. Припускаеться [6-10], що реальнi вольт-амперш характеристики та iнжекцiйнi властивост гетеропереходiв ме-тал-напiвпровiдникiв залежать вщ технологiчних особли-востей 1х виготовлення. При виготовленш гетеропере-ходiв до ОаЛ8 необхiдно враховувати роль поверхневих станiв у механiзмi випрямлення струму, тому що з ними пов'язано зниження щшьност струму насичення. В^сутшсть у ОаЛ8 стабiльного природного окислу, а також чутливють його поверхш до впливу рiзних хiмiчних речовин, що використовують у технологiчних процесах, потребують розробки нових пiдходiв до технолопчних процесiв 1х виготовлення. Серед найбшьш ефективних засобiв управлiння структурою межi роздiлу е вiдпал тонкоптвкових структур, механiзм якого до тепершньо-го часу ще до юнця не вивчений i не розкритий. Тому, з нашо1 точки зору, дослщження впливу режимiв термо-обробки на вольт-амперну характеристику i параметри гетеропереходiв Лg/n-n+GaЛs видiляеться у самостшну наукову проблему, рiшения яко1 може привести до сут-тевого уточнення уявлень про процеси у гетеропереходах метал-GaAs та дозволить покращити характеристики та параметри НВЧ приладiв з бар'ерами Шотткi на GaAs.

1 ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ

Одними з основних якiсних показникiв гетеропере-ходiв метал-напiвпровiдник е вольт-амперна характеристика, висота бар'еру фь, фактор не^еальносп П, ко-ефщент шжекцп У [11], значення яких значною мiрою залежать вiд технологи виготовлення, зокрема ввд режимiв термообробки контаклв метал-напiвпровiдник. Точнiсть визначення висоти потенцшного бар'еру та фактору не-iдеальностi залежать не тiльки вщ точностi вимiрювания струму та напруги, але й вщ методу 1х визначення. Вщо-мо також [12], що на характеристики дiодiв з бар'ерами Шоттю при бiльших значеннях струму починають ютот-но впливати неосновнi носи.

Постановка задачi: розробити режими термообробки для створення гетеропереходiв Лg/n-n+GaЛs з покра-щеними характеристиками та провести експеримен-тальш дослiджения.

Метою статтi е встановлення впливу термiчноl об-робки на реальш вольт-ампернi характеристики та величину коефщенту шжекцп гетеропереходу Ag/n-n+GaAs.

2 Л1ТЕРАГУРНИЙ ОГЛЯД

Реальнi ештаксшш плiвки, якi використовують в основному для виготовлення випрямляючого контакту метал-нашвпров^ник, мають нерiвномiрний розподiл домшок, виникаючий в процесi вирощування птвки. Це призводить до появи мехашчно! напруги та може привести до виникнення дислокацш, дефектiв упаковки чи трщин. Обробка поверхнi нашвпровщника [13-15] для

усунення рiзних дефеклв, видалення чужорiдних домь шок, отримання мiнiмального мшрорельефу призводить до непланарност межi роздiлу метал-напiвпровiдник. Електрофiзичнi параметри реальних поверхонь натвпро-вiдникiв тсля обробки iснуючими способами стають неоднорщними уздовж поверхнi [16].

Реальнi характеристики та параметри шжектуючих бар'ерних переходiв срiбло-арсенiд галiю залежать вiд режишв ïx термообробки. У вiдомих роботах [13-15] зап-ропонованi режими xiмiчноï та термiчноï обробки, при яких значення висоти бар'еру Шотткi для контаклв Ag/ GaAs знаходяться в iнтервалi 0,82 В...0,95 В. Для покра-щення цих параметрiв необхщно розробити новi спосо-би створення контаклв.

3 МАТЕР1АЛИ ТА МЕТОДИ

Для дослiдження використовувався n-n+GaAs(111)B епiтаксiйний монокристалiчний, ^еш=2мкм, Nn=2-1016 см-3, n -=1018 см-3.

LJ J Н1дкл

GaAs-пiдкладку знежирювали в сумiшi толуолу i метилового спирту (1:2), обробляли у мрчанокислому травнику H2SO4:H2O2:H2O=3:1:1 з подальшою витримкою у дюксиянтар нiй кислотi НООС-СН(ОН)-СН(ОН)-СООН продовж 1,2 -103 секунд.

За результатами попередтх дослiджень [10-13] в якост бар'ерного матерiалу обрано срiбло висо^ чистоти, яке утворюе з GaAs сполуки, що не змiнюються в робочому дiапазонi температур. Контакти виготовляли методом вакуумного випаровування. Для вишрювання вольт-ампер-них характеристик бар'ерного переходу метал-натвпро-вiдник використовувався чотирьохзондовий метод [17].

При аналiзi ВАХ тонкоптвкових структур з бар'ером Шоттю Ag/n-n+GaAs припускалося, що в початкових структурах меxанiзм переносу носив заряду при концентрацп вiльниx носив в GaAs ND=2- 1016 см-3 визначаеться термо-електронною емiсiею (Т-емiсiею). Rhoderick E. H., Williams R. H. [18] представили вольт-амперну характеристику з урахуванням параметрiв, якi описують стацiонарну ВАХ (висоти бар'еру Шоттю фь , фактору неiдеальностi П , послiдовного Rs та шунтуючого Rp опорiв), у виглядi:

I = 10exp(qVрп/цкТ)[1 -exp(-qV/kT)] + Vpn/Rp , (1)

де I0 = A **T £ехр(^фЬ/кТ) - струм насичення,

Vpn = V - IRS - напруга на перехода метал-напiвпровiдник.

З рiвняння (1) були визначеш умови [18, 19], при яких: внесок Rs та Rp дуже малий (менше 1 %) i ними можна знехтувати. Також обумовленi обмеження, коли внесок бар'ера Шоттю на фош цих ож^в значний (для досяг-нення похибки менше 1% на фош похибки вимiрюван-ня) [18, 19]. Якщо на ВАХ вiдсутнi дшянки, обмеженi цими умовами, то вона не дае шформацп про коефщент не-iдеальностi та висоту бар'ера.

Найбiльш простим у реалiзацiï е розрахунок параметрiв ВАХ за методом, запропонованим Rhoderick E. H. у робол [18], де струм ^зь бар'ер Шотткi описаний виразом:

I = 10exp(qV/nkT)[1 - exp(-qV/kT)]. (2)

Шсля побудови ВАХ у координатах ln(I)/[1 - exp(-qV/kT)] <х V, виконують апроксимащю

прямо! лшшно! дшянки y=a+bx, отримують коефщен-

ти b = ln(/ о ) та a = qAqkT, звщки розраховують фь и П, але при цьому не враховуеться послщовний отр R що може привести до додаткових помилок при визначенш дшянки ВАХ, де цим впливом нехтують.

У [20-22] для розрахунку параметр1в БШ запропоно-вано метод прямо! апроксимацп уме! довжини ВАХ (the direct approximation method), описаний формулою (1), недолжом якого е складш розрахунки.

4ЕКСПЕРИМЕНТИ

При нанесеннi на GaAs-пiдкладку птвки срiбла методом вакуумного випаровування за рахунок теплоти кон-

денсацi! i можливих хiмiчних реакцiй вiдбуваеться руй-нування гратки в приповерхневому шарi нашвпровщни-ка ще до формування суцшьно! металево! плiвки. На-слiдки ще! стадi! значною мiрою визначаються умовами приготування контакту i режимами термообробок. Дос-лiджували вольт-ампернi характеристики бар'ерних пе-реходiв Agln-n+GaAs, виготовлених у вакуум методом термiчного випаровувавання при температурах вщпалу ^sifln=703...853 К та час вiдпалу тв;дп =6- 102 секунд.

На рис. 1 представлен експериментальнi ВАХ кон-тактiв Agln-n+GaAs, виготовлених при температурному

режимi ^дп=803 К, тв;дп =6-102 секунд, до яких проведе-

б

Рисунок 1 - Прямм вольт-ампернi характеристики бар'ерних переходiв Agln-n+GaAs

ний розрахунок napaMeTpiB з ВАХ (табл. 1) за методом direct approximation (рис. 1а) та методом Rhoderick E.H. (рис. 1б) за допомогою програми IVbarrierCalc2 [19].

5 РЕЗУЛЬТАТИ

Результати розрахунюв основних параметрiв гетеро-переходiв Ag/n-n+GaAs, виготовлених при рiзних темпе-ратурних режимах, наведенi у табл. 1.

Встановлено, що пiдвищення температури вщпалу до

803 К дае найбшьше значення висоти бар'еру фь для гетеропереходу Ag/n-n+GaAs.

У табл. 2 представлен значення коефiцiента iнжекцii Y , розрахованi для гетеропереходiв з рiзною висотою бар'еру Шотткi за формулою [11]:

__qn2 Dp_

NDLpA**T2 exp(- qфb /kt)

6 ОБГОВОРЕННЯ

Порiвняльний аналiз отриманих значень фактора не-iдеальностi П (табл. 1), розрахованих двома рiзними методами, показав, що для бар'ерних переходiв на основi срiбла до GaAs з Nd=1016 см-3^ створених при рекомен-дованому способi термiчноi обробки (^¡дп=803 К, тв;дп =6 • 102 секунд, Фь =0,98 В), найменше значення

П =1,104 отримано у методi розрахунку direct approximation.

У рядi першоджерел [11,18] зазначено, що фактор нещеальност при низькому рiвнi легування (Nd=1015 см-3) та температурi 300 К близький до 1, але при зростанш рiвня легування (Nd=1016 см-3) вiдмiннiсть П вiд одиницi стае суттевою.

Досл^ження вказують, що для визначення висоти потенцшного бар'еру при невеликiй протяжност експо-нентноi дiлянки ВАХ метод direct approximation е найбшьш точним, оскiльки вiн враховуе послiдовний отр

i дiлянку ВАХ при V < kT/q .

Нелшшний характер залежносл Фь вiд прикладеноi напруги з 'являеться у областi змщень, обмеженоi

вiдрiзками мiж 0,44...074 В (рис. 1), що призводить вщпо-вщно до змiни фактора нещеальносл П .

Для гетеропереходiв Ag/n-n+GaAs з фь - 0,78...0,98 В коефвденти iнжекцii Y змiнюються у дiапазонi 5,28-10-12...1,2 • 10-8. Розрахованi значення коефiцiента iнжекцii мають дуже малi значення, тому шжекщею дiрок можна знехтувати. ВИСНОВКИ

Встановлено, що тдвищення температури вiдпалу до 803 К дае найбшьше значення висоти бар'еру Фь для гетеропереходу Ag/n-n+GaAs.

Коефщенти iнжекцii Y для бар'ерiв Шоттю Ag/n-n+GaAs (#D=1016 см-3) мають дуже малi значення Y , тому шжекщею дiрок можна знехтувати.

При рекомендованому способi термiчноi обробки бар'ерних переходiв Ag/n-n+GaAs (^в;дп=803 К, тв;дп =

=6-102 секунд, фь =0,98 В) найменше значення П =1,087 отримано за методом розрахунку direct approximation.

Нелшшний характер залежносл фь вщ прикладеноi напруги з'являеться в област змiщень, обмеженш вiдрiзками мiж 0,44...074 В, що призводить вщповщно й до змши фактора неiдеальностi П .

При невеликш протяжностi експонентноi дiлянки ВАХ для визначення висоти потенцшного бар'еру метод direct approximation е найбшьш точним, оскшьки вш враховуе

послщовний отр i дiлянку ВАХ при V < kT/q .

СПИСОК ЛГГЕРАТУРИ

1. Белоус А. И. Космическая электроника : в 2 кн. Кн. 2 / А. И. Белоус, В. А. Солодуха, С. В. Шведов. - М. : Техносфера, 2015. - 489 с.

2. Малошумящие арсенид-галлиевые усилители при воздействии электромагнитных помех повышенных интенсивностей [Электронный ресурс] / [С. В. Платонов, Н. В. Пермяков, Б. И. Селезнев и др.]. // Вестник Новгородского государственного университета. - 2012. - № 67. - С. 29-32. - Режим доступа к ресурсу: http://www.novsu.ru/file/1010219

3. Контакты Шоттки к высокоомным эпитаксиальным слоям GaAs для детекторов частиц и квантов [Электронный ресурс] /

Таблиця 1 - Результати розрахунку napaMeTpiB гетеропереходiв Ag/n-n+GaAs

К Метод розрахунку n Фь, В Rs, Ом е

703 direct approx. 1,254429775274 0,77321028599789 0,219689495861 0,28632938336540

Rhoderick 1,203635086926 0,78356534807517 - 0,09680402395094

753 direct approx. 1,248802105905 0,80498828767418 0,758142769336 0,31679567002442

Rhoderick 1,300052105905 0,80048828767418 - 0,44193998683910

803 direct approx. 1,086847282263 0,98360998237566 3,707754611968 0,07486106030244

Rhoderick 1,104347282263 0,97985998233756 - 0,07418554372183

853 direct approx. 1,328157574655 0,84888672517418 1,025553047657 0,30231278123006

Rhoderick 1,339593791431 0,84663494074446 - 0,2906834246612

Таблиця 2 - Вплив фь на Y для гeтepопepeходiв Ag/n-n+GaAs

Фь , в 0,78 0,82 0,86 0,9 0,94 0,98

Y 5,28-10-12 2,48-10-11 1,1610-10 5,45-10-10 2,56-10-9 1,2-Ю-8

[Г. И. Кольцов, С. И. Диденко, А. В. Черных и др.] ll Физика и техника полупроводников. - 2012. - № 8. - С. 1088-1093. -Режим доступа к ресурсу: http:lljournals.ioffe.rularticlesl viewPDFl7776

4. Дмитриев В. С. Технологические особенности изготовления усилителя бегущей волны l В. С. Дмитриев, Е. Я. Швец ll Сборник материалов 10-й международной молодежной научно-технической конференции «Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций «РТ-2014» l В. С. Дмитриев, Е. Я. Швец. - Севастополь : СевНТУ, 2014. - С. 158.

(ISBN 978-617-612-072).

5. Дмитрiев В.С. 1нжектукга бар'ерш переходи на основi арсе-нщу галiя для приладiв НВЧ дiапазонуl В. С. Дмитрiев ll Перспективы технологи та прилади. - 2017. - Вип. 10 (1). - С. 5053, ISSN 2313-5352

6. Herna ndez M. P. Barrier height determination in homogeneous nonideal Schottky contacts l M. P. Herna ndez, C. F. Alonso, J. L. Pe й a ll Journal of Physics D: Applied Physics. - 2001. -

Vol. 34, №8. - P. 1157-1162.

7. Торхов Н. А. Природа прямых и обратных токов насыщения в контактах металл-полупроводник с барьером Шоттки l Н. А. Торхов ll Физика и техника полупроводников. - 2010. -Т. 44, №6. - С. 767-774.

8. Chand S. Origin of non-ideal current-voltage characteristics of metal-semiconductor contact: A numerical study [Електронний ресурс] l S. Chand, L. Kamar. ll Indian Journal of Engineering & Materials Sciences. - 2000. - Vol. 7, № 5-6. - P. 268-273. -Режим доступу до ресурсу: http:llnopr.niscair.res.inlbitstreaml 123456789l24409l1lIJEMS%207%285-6%29%20268-273.pdf.

9. Зависимость проводимости от толщины активной области в тонкопленочных диодах Шоттки на GaAs [Електронний ресурс] l [С. А. Зуев, Г. В. Килесса, Э. Э. Асанов и др.]. ll Физика и техника полупроводников. - 2016. - Т. 50, № 6. - С. 825829. - Режим доступу до ресурсу: http:lljournals.ioffe.rul articleslviewPDFl43212

10. Божков В. Г. Влияние нелинейной зависимости высоты барьера от смещения на измеряемые параметры контактов с барьером Шоттки [Електронний ресурс] l В. Г. Божков, А. В. Шмаргунов ll Материалы 21-й Межд. Крымской конф. «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо - 2011). Севастополь, 10-14 сентября 2011. - Севастополь : СевНТУ. -2011. - С. 246-247. - Режим доступу до ресурсу: http :ll naukainform.kpi.ualCriMiColCrimicol2011l246_247.pdf

11. Sze S. M. Physics of Semiconductor Devices, 3rd Edition l S. M. Sze, K. K. Ng. - Hoboken : A John Wiley & Sons, Inc., 2007. - 815 р.

12. Dmitriev V. S. The effect of the injected minority carriers on the parameters of Schottky barrier diodes l V. S. Dmitriev, E. Y. Shvets ll Зб. тез доповщей мiжнар. наук.-техн. конф. «Фундаментальш та прикладш проблеми сучасних техно-

логи». - Тернотль : ТНТУ 2015. - С. 10-11.

13. On the evaluation of Schottky barrier diode parameters of Pd, Au and Agln-GaAs [Электронный ресурс] l P. Jayavel, J. Kumar, P. Ramasam, R. Premanand. ll Indian Journal of Engineering and Materials Sciences. - 2001. - Vol. 7, № 5-6. - Р. 340-343. -Режим доступа к ресурсу: http:llnopr.niscair.res.inlbitstreaml 123456789l24425l1lIJEMS%207%285-6%29%20340-343.pdf

14. Weber E. R. Structure and reliability of Metal contacts to GaAs l E. R. Weber, J. Washburn. - Berkeley, CA: Office of naval research AD-A259 184, Department of Materials Science and Mineral Engineering University of California, 1991. - 41 р.

15. Пат. 95094 Укра!на, МПК H 01 L 29l47. Споаб виготовлення контакта з бар'ером Шотки на арсенда галто l Дмитрiев В. С., Дмитрiева Л. Б. ; заявник i патентовласник Запорiзька державна щженерна академш. - № u201407081; заявл. 23.06.14; опубл. 10.12.14, Бюл. № 23l2014.

16. Дмитриев В. С. Развитие физической модели неоднородных контактов металл-полупроводник l В. С. Дмитриев ll Materialy X mezinarodni ve decko-prakticka konference «Moderni vymo zenosti vedy - 2014» l В. С. Дмитриев. - Praha: Publishing House «Education and Science», 2014. - Dil 39 «Technicke v e dy». - С. 3-5. - (ISBN 978-966-8736-05-6).

17. Физические методы диагностики в микро- и наноэлектронике

I [А. В. Беляев, Н. С. Болтовец, Е. Ф. Венгер и др. ; Под ред. проф. Беляева А. Е., проф. Конаковой Р. В.]. - Харьков : ИСМА, 2011. - 284 с.

18. Rhoderick E. H. Metal-Semiconductor Contacts l E. H. Rhoderick, R. H. Williams. - Oxford : Clarendon Press, 1988. - 252 p.

19. Methods for determination of Schottky barrier height from I-V curves l [Ya. Ya. Kudryk, V. V. Shynkarenko, V. S. Slipokurov et al]

II CriMiCo'2014, September 7-13, 2014. - Sevastopol, Crimea. -P. 673-674.

20. Extraction of Schottky diode parameters including parallel conductance using a vertical optimization method [Електрон-ний ресурс] l A. Ferhat-Hamida, Z. Ouennoughi, A. Hoffmann, R. Weiss. ll Solid-State Electronics. - 2002. - Vol. 46, № 5. -P. 615-619. - Режим доступу до ресурсу: https:lldoi.orgl 10.1016lS0038-1101(01)00337-9

21.Karaboga N. The parameter extraction of the thermally annealed Schottky barrier diode using the modified artificial bee colony [Електронний ресурс] l N. Karaboga, S. Kockanat, H. Dogan ll Applied Intelligence. - 2013. -Vol. 38, №3. - P. 279-288. -Режим доступу до ресурсу: https:lllink.springer.comlarticlel 10.1007%2Fs10489-012-0372-x.

22. Direct extraction of semiconductor device parameters using lateral optimization method [Електронний ресурс] l [A. Ortiz-Conde, Y. Ma, J. Thomson, etc]. ll Solid-State Electronics. - 1999. -Vol. 43, № 4. - P. 845-848. - Режим доступу до ресурсу: https:lldoi.orgl10.1016lS003 8-1101(99)00044-1

Стаття надшшла до редакцй 22.09.2017.

Шсля доробки 28.12.2017.

Дмитриев В. С.

Заведующий учебно-научной лабораторией кафедры микроэлектронных информационных систем Запорожской государственной инженерной академии, Запорожье, Украина

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ВОЛЬТ-АМПЕРНУЮ ХАРАКТЕРИСТИКУ И ИНЖЕКЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВ А^п-п+СаАэ

Актуальность. В настоящее время исследования и разработку гетеропереходов проводят в направлениях поиска новых композиций металл-арсенид галлия, разработки технологических режимов, которые смогли бы обеспечить воспроизводимость параметров СВЧ приборов с барьерами Шоттки.

Серебро по сравнению с золотом имеет большую тепло- и электропроводность, относительно небольшой коэффициент диффузии в арсенид галлия, позволяющий уменьшить толщину переходного слоя. Переход к металлизации на основе серебра должен повысить технические характеристики изделий. Разработка технологических режимов изготовления улучшенных гетеропереходов к ОаАз на основе серебра является актуальной с научной и практической точки зрения.

Цель работы - установление влияния термической обработки на реальные вольт-амперные характеристики и величину коэффициента инжекции гетероперехода Ag/n-n+GaAs.

Метод. Метод изготовления гетеропереходов - термическое испарение в вакууме. Расчет параметров гетероперехода методом вольт-амперных характеристик.

Результаты. Рекомендуется режим химической обработки GaAs-подложки. Исследовано влияние термической обработки на параметры и характеристики гетеропереходов Ag/n-n+GaAs. Исследовано влияние высоты барьера на величину коэффициента инжек-ции. Рассмотрены и апробированы различные методы определения высоты барьера Шоттки и фактора неидеальности по вольт-амперным характеристикам.

Выводы. Установлено, что повышение температуры отжига до 803 К дает наибольшее значение высоты барьера фь для гетероперехода Ag/n-n+GaAs с концентрацией доноров в эпитаксиальных слое ND=2 • 1016 см-3. Установлено, что наиболее точным методом определения параметров гетероперехода по вольт-амперной характеристике является метод direct approximation, учитывающий влияние последовательного сопротивления при определении фактора неидеальности и высоты барьера Шоттки. Рассчитанные коэффициенты инжекции Y для гетеропереходов с разной высотой барьера Шоттки, полученных при различных температурах отжига, имеют очень малые значения, поэтому инжекцией дырок можно пренебречь.

Ключевые слова: барьерный переход, вольт-амперная характеристика, высота барьера, фактор неидеальности, коэффициент инжекции.

Dmitriev V. S.

Head of the Educational and Scientific Laboratory of the Microelectronic Information Systems Department of the Zaporizhzhia State Engineering Academy, Zaporizhzhia, Ukraine

THE THERMAL PROCESSING INFLUENCE ON CURRENT-VOLTAGE CHARACTERISTIC AND INJECTION PROPERTIES OF Ag/n-n+GaAs HETEROJUNCTIONS

Context. Nowadays the research and development of heterojunctions are carried out to search new metal-gallium arsenide compositions, the development of technological regimes which could ensure the microwave devices with Schottky barriers parameters reproducibility.

Comparing to gold, silver has a large thermal and electrical conductivity, a relatively small diffusion coefficient to gallium arsenide, which makes it possible to reduce the transition layer thickness. The transition to silver-based metallization should improve the products technical characteristics. The technological regimes development for manufacturing improved silver-based heterojunctions to GaAs is relevant from scientific and practical points of view.

Objective. The goal of the work is to determine the heat treatment influence on real current-voltage characteristics and the injection coefficient value of the Ag/n-n+GaAs heterojunction.

Method. The heterojunctions manufacturing method is vacuum thermal evaporation. The calculation of the heterojunction parameters was made by the current-voltage characteristics method.

Results. The GaAs-substrate chemical treatment regime is recommended. The heat treatment effect on the Ag/n-n+GaAs heterojunctions parameters and characteristics is studied. The barrier height influence on the injection coefficient value was investigated. Various methods for determining the Schottky barrier height and the nonideality factor for the current-voltage characteristics have been examined and tested.

Conclusions. It is established that the annealing temperature increase up to 803 K gives the highest barrier height for the Ag/n-n+GaAs heteroj unction with a donor density of ND=2-1016 cm-3 into epitaxial layer. It has been established that the most accurate method for the heterojunction parameters determining using the current-voltage characteristic is the direct approximation method, which takes into account the effect of the series resistance in determining the nonideality factor and the Schottky barrier height. The calculated injection coefficients for heterojunctions with different Schottky barrier heights, obtained at different annealing temperatures, have very small values, therefore, hole injection can be neglected.

Keywords: barrier transition, current-voltage characteristic, barrier height, non-ideality factor, injection coefficient.

REFERENCES

1. Belous A. Y., Solodukha V. A., Shvedov S. V. Kosmycheskaya elektronyka : v 2 kn. Kn. 2. Moscow, Tekhnosfera, 2015, 489 p.

2. Platonov S. V., Permyakov N. V., Seleznev B. Y. i dr. Maloshumyashchye arsenyd-hallyevye usylytely pry vozdeystvyy elektromahnytnykh pomekh povyshennykh yntensyvnostey [Elektronny resurs], Vestnyk Novhorodskoho hosudarstvennoho unyversyteta, 2012, No. 67, pp. 29-32. Rezhym dostupa k resursu: http://www. novsu.ru/file/1010219

3. Kol'tsov H. Y., Dydenko S. Y., Cherny'kh A. V. i dr. Kontakty Shottky k vysokoomnbim epytaksyal'nbim sloyam GaAs dlya detektorov chastyts y kvantov [Elektronny resurs], Fyzyka y tekhnyka poluprovodnykov, 2012, No. 8, pp. 1088-1093. Rezhym dostupa k resursu: http://journals.ioffe.ru/articles/ viewPDF/7776

4. Dmytryev V. S., Shvets E. Ya. Tekhnolohycheskye osobennosty yzhotovlenyya usylytelya behushchey volny, Sbornyk materyalov 10-y mezhdunarodnoy molodezhnoy nauchno-tekhnycheskoy konferentsyy «Sovremenny'e problemy' radyotekhnyky y telekommunykatsyy «RT-2014». Sevastopol', SevNTU, 2014, P. 158. (ISBN 978-617-612-072).

5. Dmytriyev V. S. Inzhektuyuchi bar'yerni perekhody na osnovi arsenidu haliya dlya priladiv NVCH diapazonu, Prohresivni

tekhnolohiyi taprylady, 2017, Vyp. 10(1), pp. 50-53, ISSN 23135352

6. Hernández M. P., Alonso C. F., Peña J. L. Barrier height determination in homogeneous nonideal Schottky contacts, Journal of Physics D: Applied Physics, 2001, Vol. 34, No. 8, pp. 1157-1162.

7. Torkhov N. A. Priroda pryamykh i obratnykh tokov nasyshcheniya v kontaktakh metall-poluprovodnik s baryerom Shottki, Fizika i tekhnikapoluprovodnikov, 2010, Vol. 44, No. 6, pp. 767-774.

8. Chand S., Kamar L. Origin of non-ideal current-voltage characteristics of metal-semiconductor contact: A numerical study [Електронний ресурс], Indian Journal of Engineering & Materials Sciences, 2000, Vol. 7, No. 5-6, pp. 268-273. Режим доступу до ресурсу: http://nopr.niscair.res.in/bitstream/ 123456789/24409/1/IJEMS%207%285-6%29%20268-273.pdf.

9. Zuyev S. A., Kilessa G. V., Asanov E. E. i dr. Zavisimost provodimosti ot tolshchiny aktivnoy oblasti v tonkoplenochnykh diodakh Shottki na GaAs [Elektronny resurs], Fizika i tekhnika poluprovodnikov, 2016, Vol. 50, No. 6, pp. 825-829. Rezhim dostupu do resursu: http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/43212

10. Bozhkov V. G., Shmargunov A. V. Vliyaniye nelineynoy zavisimosti vysoty baryera ot smeshcheniya na izmeryaemye

parametry kontaktov s baryerom Shottki [Elektronny resurs], Materialy 21-y Mezhd. Krymskoy konf. "SVCh tekhnika i telekommunikatsionnye tekhnologii" (KryMiKo - 2011). Sevastopol, 10-14 sentyabrya 2011. Sevastopol, SevNTU, 2011, pp. 246-247. Rezhim dostupu do resursu: http:// naukainform.kpi.ua/CriMiCo/Crimico/2011/246_247.pdf

11. Sze S. M., Ng K. K. Physics of Semiconductor Devices, 3rd Edition. Hoboken, A John Wiley & Sons, Inc., 2007, 815 p.

12. Dmitriev V. S., Shvets E. Y. The effect of the injected minority carriers on the parameters of Schottky barrier diodes, Zb. tez dopovide- mizhnar. nauk.-tekhn. konf. «Fundamental'ni ta prikladni problemi suchasnikh tekhnolohi-». Ternopil, TNTU, 2015, pp. 10-11.

13. Jayavel P., Kumar J., Ramasam P., Premanand R. On the evaluation of Schottky barrier diode parameters of Pd, Au and Ag/n-GaAs [Elektronny resurs], Indian Journal ofEngineering and Materials Sciences, 2001, Vol. 7, No. 5-6, pp. 340-343. Rezhim dostupu do resursu: http://nopr.niscair.res.in/bitstream/123456789/24425/ 1/IJEMS%207%285-6%29%20340-343.pdf

14. Weber E. R., Washburn J. Structure and reliability of Metal contacts to GaAs. Berkeley, CA: Office of naval research AD-A259 184, Department of Materials Science and Mineral Engineering University of California, 1991, 41 p.

15. Dmstriyev V. S., Dmstriyeva L. B.; zayavnyk i patentovlasnsk Zaporiz'ka derzhavna inzhenerna akademiya. Pat. 95094 Ukrayina, MPK H 01 L 29/47. Sposib vihotovlennya kontaktiv z bar'yerom Shotky na arsenidi haliyu. № u201407081; zayavl. 23.06.14; opubl. 10.12.14, Byul. № 23/2014.

16. Dmytryev V. S. Razvytye fyzycheskoy modely neodnorodnbikh kontaktov metall-poluprovodnyk, Materialy X mezinarodni v ë decko-prakticka konference «Moderni vymo z enosti v ëdy-

2014». Praha, Publishing House «Education and Science», 2014, Dil 39 «Technicke vëdy», pp. 3-5. (ISBN 978-966-8736-05-6).

17. Belyaev A. V., Boltovets N. S., Venger Ye. F. i dr. Pod red. prof. Belyaeva A. Ye., prof. Konakovoy R. V. Fizicheskiye metody diagnostiki v mikro- i nanoelektronike. Kharkov, ISMA, 2011, 284 p.

18. Rhoderick E. H., Williams R. H. Metal-Semiconductor Contacts. Oxford, Clarendon Press, 1988, 252 p.

19. Kudryk Ya. Ya., Shynkarenko V. V., Slipokurov V. S., Bigun R. I., Kudryk Ya. Ya. Methods for determination of Schottky barrier height from I-V curves, CriMiCo'2014, September 7-13, 2014. Sevastopol, Crimea, pp. 673-674.

20. Ferhat-Hamida A., Ouennoughi Z., Hoffmann A., Weiss R. Extraction of Schottky diode parameters including parallel conductance using a vertical optimization method [Elektronny resurs], Solid-State Electronics, 2002, Vol. 46, No. 5, pp. 615619. Rezhim dostupu do resursu: https://doi.org/10.1016/S0038-1101(01)00337-9

21. Karaboga N., Kockanat S., Dogan H. The parameter extraction of the thermally annealed Schottky barrier diode using the modified artificial bee colony [Elektronny resurs], Applied Intelligence, 2013, Vol. 38, No. 3, pp. 279-288. Rezhim dostupu do resursu: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10489-012-0372-x.

22. Ortiz-Conde A., Ma Y., Thomson J. etc Direct extraction of semiconductor device parameters using lateral optimization method [Elektronny resurs], Solid-State Electronics, 1999, Vol. 43, No. 4, pp. 845-848. Rezhim dostupu do resursu: https://doi.org/10.1016/S003 8-1101(99)00044-1