Влияние спонтанной поляризации на энергетические характеристики гетероструктур на основе политипов карбида кремния

• Автор: Трошин, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Основные сокращения и обозначения

ГЛАВА 1. Политипизм карбида кремния, гетероструктуры на основе политипов и природа спонтанной поляризации

1.1. Политипизм карбида кремния

1.2. Гетеропереходы и гетероструктуры

1.3. Спонтанная поляризация

1.4. Постановка задачи

ГЛАВА 2. Роль спонтанной поляризации в формировании гетеропереходов типа Мі/ЗС-БіС

2.1. Краткая характеристика состояния экспериментальных исследований гетеропереходов и гетероструктур, сформированных политипами карбида кремния
2.2. Влияние спонтанной поляризации на характеристики гетеропереходов: модель полностью истощенного приконтактного слоя
2.3. Влияние спонтанной поляризации на характеристики гетеропереходов: учет неполного истощения примесей по теории возмущений

2.4. Экспоненциальное приближение: учет зависимости спонтанной

поляризации от координаты
Краткие выводы
ГЛАВА 3. Роль спонтанной поляризации в формировании гетероструктур типа Ш/ЗС/Ш
3.1. Трёхслойная система с широкой ЗС-областыо
3.2. Трёхслойная система с узкой ЗС-областью
3.3. Экспоненциальное приближение
Краткие выводы
ГЛАВА 4. Влияние спонтанной поляризации на энергетические уровни в
квантовых ямах
4.1. Общее рассмотрение
4.2. Треугольная и параболическая квантовые ямы
4.3. Квазиклассическое приближение
4.4. Экспоненциальная квантовая яма
4.5. Сдвиг локальных уровней в квантовых ямах, вызванный спонтанной
поляризацией
Краткие выводы
ГЛАВА 5. Оценки величины спонтанной поляризации политипов карбида кремния
5.1. Краткая характеристика метода связывающих орбиталей Харрисона
5.2. Оценки спонтанной поляризации для гексагонального политипа 2Н-8Ю с помощью метода связывающих орбиталей Харрисона
5.3. Другие оценки
Краткие выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы

Перспективы развития современной микро- и наноэлектроники во многом связаны с материалами, способными работать в экстремальных условиях. Среди ряда подобных материалов карбид кремния занимает особое место, так как выделяется неповторимым набором качеств. Это полупроводник, обладающий высокой твердостью, радиационной, химической и тепловой стойкостью. Одной из уникальных особенностей БЮ является его способность образовывать различные политипы, которых к настоящему времени известно более двухсот. Все эти политипы являются широкозонными полупроводниками, ширина запрещенной зоны которых изменяется от 2
до 3.3 эВ. Ясно поэтому, что такой материал представляет повышенный интерес для экспериментаторов и теоретиков. К настоящему времени разработаны разнообразные технологии получения монокристаллов ЭЮ.
В современной твердотельной электронике гетеропереход (ГП) и гетероструктура (ГС), то есть структура с несколькими ГП, являются, практически, обязательными элементами приборных структур. Хотя история изучения ГП и ГС насчитывает несколько десятков лет, в настоящее время какая-либо универсальная и общепринятая теория таких контактов отсутствует, что свидетельствует об актуальности темы диссертации.
Среди широкого ряда исследуемых в настоящее время ГП и ГС, структуры, основанные на контактах различных политипов карбида кремния, занимают особое место. Если в контакт приводятся химически различные полупроводники, то возникают две проблемы. Первая из них связана с различием постоянных решетки. Такое рассогласование решеток приводит к появлению дислокаций несоответствия, что может существенно повлиять на энергетические характеристики контакта. Более того, из-за различия коэффициентов теплового расширения вступивших в контакт полупроводников такая «нестыковка» будет изменяться с температурой. Вторая проблема состоит во взаимодиффузии через интерфейс атомов, входящих в состав

Таким образом, выражения, описывающие систему «-NH/p-ЗС, получаются из выражений для системы p-NH/н-ЗС заменой рх на щ и п2 на р2.
В работе [111] исследовалась гетероструктура р~ -ЗС/п+ -вН-SiC, в которой в ЗС-области на ГП образовывается потенциальная яма (рис.2.8). Воспользуемся данными [111] для иллюстрации полученных результатов,
приняв щ =п+= 3T018 см'3, р2- Ю16 см'3. Положим 8]= 9.78, s2= 9.72 [127]. Для порядковой оценки величины контактной разности потенциалов еис, примем ее равной величине разрыва зон проводимости АЕс, которая, по данным [111], равна 0.55 эВ.
Рис. 2.8. Энергетическая диаграмма гетероперехода щ- 6Н / р2- ЗС-ЭЮ: X-химический потенциал, и Е§2- запрещенные зоны гексагонального и кубического политипов, Ь£с и АЕУ- разрывы зоны проводимости и валентной зоны на контакте.
Оценки значения спонтанной поляризации, предпринятые в [128], дают для политипа бН-БЮ значение | Р!р | = 0.53-10'2 Кл/м2. При этом использовалась
введенная ранее в [128] аппроксимация вида Р5р(ЫН) = Р5р(2Н)0 (£>-степень