Влияние электрического поля на процессы формирования низкочастотного шума в барьерах Шоттки

• Автор: Кострюков, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Глава 1. Природа НЧ шума в барьерных структурах

1.1 Основные параметры и характеристики НЧ шума

1.2 Модели, описывающие механизмы генерации низкочастотного шума

1.3 Использование статистики Шокли-Рида для описания механизма генерации НЧ шума

1.4 Активационно-дрейфовая модель формирования

НЧ шума в барьерных структурах

1.5 Зависимость характеристик НЧ шума от внешних факторов .... 28 Выводы по главе

Глава 2. Развитие активационно-дрейфовой модели генерации

НЧ шума в барьерах Шоттки и несимметричных р-п перходах

2.1 Зависимость времени релаксации активационно-дрейфового процесса от напряжённости поля в ОПЗ
2.2 Зависимость плотности мощности НЧ шума на фиксированной частоте от величины напряжения
обратного смещения
Выводы по главе
Глава 3. Разработка автоматизированной экспериментальной установки для исследования НЧ шума
3.1 Основные требования к методике измерения зависимости СПМ НЧ шума от напряжения смещения
3.2 Требования к измерительной установке
3.3 Функциональная схема установки
3.4 Разработка программного обеспечения
3.5 Параметры разработанной установки
3.6 Способ выделения частоты изменения наклона кривой
аппроксимирующей спектр НЧ шума
3.7 Методика эксперимента
Выводы по главе
Глава 4. Исследование спектров НЧ шума полупроводниковых структур с барьером Шоттки
4.1 Исследование спектров НЧ шума детекторов заряженных частиц и рентгеновского излучения на основе АШ-ваАя
4.2 Исследование вольт-шумовых характеристик детекторов заряженных частиц
4.3 Исследование мощных кремниевых диодов Шоттки
с помощью спектроскопии НЧ шума
Выводы по главе
Основные результаты и выводы
Литература
Приложение А
Приложение Б

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Большинство элементов современной твердотельной электроники представляет собой барьерные структуры. Поэтому одной из наиболее важных прикладных проблем физики полупроводников является повышение воспроизводимости и стабильности параметров полупроводниковых барьерных структур. Указанное может быть достигнуто принятием целого комплекса мер, реализованных как в разработке теоретических основ работы приборов, так и в технологии их изготовления путём применения научно обоснованных конструктивно-технологических решений и достоверных методов контроля параметров материалов и приборов.
Дефекты структуры, обусловленные примесными атомами, могут создавать энергетические уровни, локализованные в запрещённой зоне полупроводника. Такие уровни, отстоящие на несколько кТ {к - постоянная Больцмана, Т- температура) от краёв разрешённых зон, называют глубокими (ГУ). Глубокие уровни придают полупроводникам полезные или, чаще, нежелательные свойства. Это обусловливает важность как контроля параметров электрически активных центров, так и понимания физической сущности их проявления.
В большинстве случаев глубокие центры (ГЦ), создаваемые несовершенством структуры полупроводника, прямо или косвенно приводят к деградации параметров полупроводниковых приборов. Наблюдаются “мягкие” обратные вольт-амперные характеристики, как следствие понижение пробивных напряжений, генерация шума - всё это приводит к снижению процента выхода годных приборов. Но наибольшие неприятности приносит долговременная деградация параметров прибора. Множество работ направлено на выявление (предсказание) скорости деградации и, как следствие, - прогнозирование отказа прибора. Многие прогнозы строятся на основе изучения шумовых параметров приборов.

эффекта Френкеля составляет 10-42 = 420 Гц, что приводит к значению энергии ионизации, равной 0,42 эВ. Разница 0,53-0,42 = 0,11 эВ составляет вычисленное по (2.5) понижение высоты потенциального барьера и составляет значительную погрешность в вычислении энергии ионизации.
Таким образом, при наличии повышенной напряжённости электрического поля на дефектах, локализованных в ОПЗ барьерной структуры, возможно значительное расхождение между фактической и вычисленной по излому СПМ НЧ шума энергии ионизации. Кроме того, неравномерность распределения напряженности поля в слое ОПЗ может привести к искажению формы спектров НЧ шума, что может выражаться в значительно большем, чем вычисленное по (2.4), смещение излома на зависимости СПМ от частоты.
Расчёты, проведённые по (2.6), показывают, что понижение высоты потенциального барьера на величину Д№р = 0,11 эВ вызовет изменение т в 42 раза. Это накладывает на источник смещения образца в эксперименте очень жёсткие требования.
Поскольку максимальное значение напряжённости электрического поля приходится на границу раздела металла и полупроводника, то влияние эффекта Френкеля будет проявляться здесь наиболее сильно. Так для вычисления понижения высоты потенциального барьера для электрона в выражении (2.3) вместо Е необходимо подставить Емакс что приводит к большему понижению высоты барьера и, соответственно, к увеличению вероятности генерации носителей заряда. Подчеркнём, что для корректного применения выражения (2.7) желательно уточнить пространственную локализацию генерирующего носители заряда ГЦ, т.е. его расположение в объёме ОПЗ либо на границе раздела с металлом.
В заключение ещё раз заметим, что нами рассмотрена только часть вопроса, затрагивающая изменение времени релаксации активационнодрейфового процесса под действием напряжённости поля. Описанные в этом разделе представления объясняют только смещение частоты “изломов” под