Анализ генерационно-рекомбинационных и туннельно-рекомбинационных процессов в областях пространственного заряда сложных полупроводниковых структур по экспериментальным вольтамперным характеристикам

• Автор: Ермаков, Михаил Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Квантовые полупроводниковые наиоразмерные структуры

1.1 Классификация квантоворазмерных структур

1.2 Квантоворазмерные структуры в полупроводниках

1.2.1 Дефекты в Si

1.2.2 Основные электрофизические свойства GaAs

1.2.3 Влияние облучения на GaAs диоды

1.2.4 Квантоворазмерные структуры в GaAs и InGaN

1.3 Определение параметров глубоких центров из прямых вольтамперных характеристик р-п-переходов

1.3.1 Дифференциальный показатель наклона ВАХ

1.3.2 Аналитическое выражение для метода анализа рекомбинационных процессов (приведенной скорости рекомбинации)
1.3.3 Туннельная рекомбинация
1.4 Углеродные нанотрубки
1.4.1 Методы получения углеродных нанотрубок
1.4.2 Одностенные углеродные нанотрубки
1.4.3 Применение УНТ, в различных датчиках
1.4.4 Геометрическое строение углеродной нанотрубки
1.4.5 Дефекты в углеродных нанотрубках
1.4.6 Применение углеродных нанотрубок в электронных приборах
1.4.7 Шумы в приборах на основе УНТ
1.5 Заключение
2 Перенос тока в полупроводниковых структурах
2.1 Описание установки для измерения ВАХ
2.2 Анализ ВАХ Si диода методом приведенной скорости рекомбинации
2.3 Анализ экспериментальных ВАХ для GaAs диода
2.4 Анализ ВАХ для облученных диодов
2.5 Анализ ВАХ GaAs диодов деградировавших при постоянном токе
2.6 Влияние температуры GaAs диодов на параметры глубоких уровней
2.7 Модифицированный метод анализа рекомбинационных процессов (усовершенствованная приведенная скорости рекомбинации)

2.8 Анализ экспериментальных ВАХ для облученных диодов усовершенствованным методом анализа рекомбинационных процессов
2.9 Анализ ВАХ усовершенствованной приведенной скоростью рекомбинации ОаАэ диодов, подвергшихся деградации при постоянном рабочем токе
2.10 Усовершенствованный метод анализа рекомбинационных процессов при различных температурах для ОаАБ диодов
2.11 Анализ ВАХ Б1 диода усовершенствованным методом анализа рекомбинационных процессов
2.12 Сравнительный анализ экспериментальных значений с теоретическими данными
2.13 Описание использованных образцов на основе 1пОаК
2.14 Анализ экспериментальных ВАХ образцов на основе 1пОаМ
2.15 Усовершенствованный метода анализа туннельно-рекомбинационных процессов
2.16 Метод модифицированной приведенной скорости рекомбинации для анализа рекомбинационных и туннельно-рекомбинационных процессов обладает следующими достоинствами и недостатками
2.17 Заключение
3 Вольтамперная характеристика диода, на основе одиночной одностенной углеродной нанотрубки
3.1 Плотность состояний в энергетических зонах для УНТ
3.2 Разложение приведенной скорости рекомбинации
3.3 Заключение
4 Исследование вольтамперной характеристики реальных образов на основе массива углеродных нанотрубок
4.1 Конструкции экспериментальных образцов интегрального преобразователя давления
4.2 ВАХ полученных образцов
4.3 Разложение приведенной скорости рекомбинации
4.4 Заключение
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Актуальность темы
Участки ВАХ, обусловленные рекомбинацией в области пространственного заряда (ОПЗ), несут полезную информацию о свойствах центров рекомбинации, которая, как правило, не используется. Это заставляет вернуться к рассмотрению теоретических выражений для этих характеристик и поиску простых, но эффективных методов определения энергий активации и коэффициентов носителей заряда на центры, участвующие в генерационнорекомбинационных процессах, с учетом специфики разнообразных материалов.
В настоящее время разработана обобщенная теория транспорта носителей заряда в наноструктурированных мезоскопических средах [1]. Данная теория объясняет процессы переноса носителей заряда в наноразупорядоченных полупроводниках. Она объединяет генерационные и туннельные процессы. Из неё вытекают в качестве частных случаев известные модели, а именно: рекомбинации Шокли, прыжковой проводимости Мотта, баллистического транспорта. Данная теория применялась к светодиодам на основе фосфида галлия, лавинным диодам на основе кремния и светодиодам на основе тройных соединений. Несмотря на определенные преимущества перед емкостными методами, данная теоретическая модель используется относительно редко. К недостаткам экспериментальных работ, выполненных по верификации данной модели, следует отнести тот факт, что в них не осуществлялось раздельного определения коэффициентов захвата и концентрации рекомбинационных центров. В данной диссертации проводится модификация алгоритма вычисления параметров рекомбинационных центров, устраняющих данный недостаток.
Применение данной теоретической модели для анализа процессов в углеродных нанотрубках требует ее апробации на известных полупроводниках и полупроводниковых соединениях. В качестве таковых в диссертации выбраны кремний, легированный золотом, арсенид галлия и тройные азотосодержащие полупроводниковые соединения. Проверка новой теоретической модели на

применение в солнечных элементах, где показывают значительное улучшение свойств фотоячейки (в 3 раза увеличение фототока) [60-63].
Хорошо зарекомендовали себя разнообразные датчики на основе УНТ, такие как:
1. Датчик аскорбиновой кислоты, на основе многостенных углеродных нанотрубках (МСУНТ), который работает в диапазоне от 5-9*10”7 до
1.7 - 9 *1СГ4 моль * л’1 [64].
2. Датчик водорода. Чувствительный амперометрический датчик на основе стекловидного угольного электрода с МСУНТ, обладает стабильностью и воспроизводимостью [65].
3. Датчик газовых потоков. Поток различных жидкостей и газов в одностенных углеродных нанотрубках (ОСУНТ) производит электрический ток вдоль направления [66].
4. Датчик металлов, на основе МСУНТ позволяет выявлять: медь, свинец, кобальт, железо. Относительное стандартное отклонение порядка 10% [67].
5. Датчик угарного газа. УНТ чрезвычайно чувствительны к окиси углерода. Датчик обладает высоким откликом и воспроизводимостью [68].
6. Датчик стрептомицина на основе МСУНТ [69].
Стоит отметить, что большинство описанных датчиков - это электрохимические датчики, состоящие из электродов, рабочая поверхность которых содержит УНТ. Среди них содержатся такие, в которых нанотрубки применяются с различными химическими соединениями: хитозан, тиолы, белковые соединения и др. [70].
УНТ используются в создании быстроразвивающейся области
нанофотоники и наноэлектромеханических систем. Однофотонные источники будут иметь большое значение для криптографии и квантовых вычислений [70,71].