Структуры металл - диэлектрик-полупроводник на основе арсенида индия

• Автор: Ковчавцев, Анатолий Петрович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 383 с. : ил.

Основные обозначения и сокращения.

МДП - структура металл - диэлектрик - полупроводник ПЗИ - прибор, работающий на принципе зарядовой инжекции ФПУ - фотоприемное устройство
ОПЗ - область пространственного заряда в полупроводнике ВФХ - вольт-фарадная характеристика ВАХ - вольт-амперная характеристика ГУ - глубокий уровень
НТЭС - неупругая туннельная электронная спектроскопия q - заряд электрона, (1,6021917-10"'9 Кл)

к - постоянная Больцмана, (1,380622-10"23 Дж/К, 8,6173334-10'5 эВ/К)

к - квазиимпульс электрона, дырки

h,h - постоянная Планка, (6,626196-10"34, 1,0545919-10’34 Дж-с)

сг - постоянная Стефана-Больцмана, (5,6696 Г КГ8 В г/(м2-К4))

с - скорость света, (2,9979250-108 м/с)

е0 - диэлектрическая проницаемость вакуума, 8,85-10"12 Ф/м

£s - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника
еох - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика
а - коэффициент поглощения полупроводника
т0 - масса покоя свободного электрона, 9,109558-10‘31 кг
т„ - эффективная масса электрона в полупроводнике
тр - эффективная масса дырки в полупроводнике
v — частота световой волны
Я - длина световой волны, мкм
Т - абсолютная температура, К
Na - концентрация акцепторов, см’
Nd - концентрация доноров, см"
/V, - концентрация глубоких уровней
и, - собственная концентрация носителей в полупроводнике, см"
п - концентрация электронов, см'3;
р - концентрация дырок, см'
Nss - плотность поверхностных состояний, см"2эВ"'

Е - энергия (в зависимости от контекста может быть напряженностью электричес- кого поля)
Е, - энергия ГУ, эВ
Ес - энергия дна зоны проводимости
Еу - энергия потолка валентной зоны
Ее - ширина запрещенной зоны, эВ
ЕР - уровень Ферми в полупроводнике, отсчитанныей от края С-зоны, эВ Qm - заряд на затворе МДП-структуры Qp - заряд неосновных носителей <2„ - заряд на поверхностных состояниях
сг„ ,ор - сечение захвата глубоких уровней для электронов и дырок Уц - напряжение на затворе
¥РВ - напряжение плоских зон МДГГ-структры С - емкость МДП-структуры
С„, - емкость диэлектрического слоя
С5с - емкость ОПЗ полупроводника
Сн - внешняя нагрузочная емкость
со - круговая частота переменного сигнала
/ - частота переменного сигнал
01 - темп световой генерации (зона-зона)
ЛьДз ~ плотности токов для электронов и дырок в ОПЗ цп,цр - подвижности электронов и дырок Т„, тр - объемное время жизни электронов и дырок тх - генерационное время жизни
ср - потенциал, отсчитанный от дна зоны проводимости, В
% - поверхностный потенциал полупроводника
Ф/, Фь ~ световой поток падающий на планарную и обратную сторону полупроводнико- вой пластины, Вт/см2 Фф - фоновый поток излучения, Вт/см
А ~ толщина полупроводниковой пластины
Лох - толщина диэлектрика
<1 - толщина эпитаксиального слоя
№ ~ толщина ОПЗ, 5 - площадь затвора

Оглавление
Введение
Глава1. Проблемы пассивации поверхности полупроводников А3В5
§1.1. Краткая характеристика арсенида индия (1пАь)
§ 1.2. Зонная диаграмма и принцип работы МДП-структуры на 1пАз
§1.3. Проблемы пассивации поверхности полупроводников А3В5 и создание
МДП-структур
§ 1.4. Свойства МДП-структур на 1пАь (литературный обзор)
§ 1.5. Приборные структуры на 1пАв
Основные результаты и выводы главы
Глава 2. Теория работы МДП-структуры на 1пАб
§ 2.1. Одномерная математическая модель МДП-структуры (диффузионнодрейфовое приближение)
§ 2.2. Результаты численного моделирования вольтфарадных характеристик
идеальной МДП-структуры
§ 2.3. Влияние глубокого уровня, локализованного в запрещенной зоне 1пАь на
вольтфарадные характеристики МДП-структуры
§ 2.4. Особенности вольфарадных характеристик МДП-структуры при
приложении пилообразного напряжения
§ 2.5. Характеристики МДП-структур при неравновесном импульсном
обеднении
Основные результаты и выводы главы
Глава 3. Адмиттанс МДП-структур и плотность поверхностных
состояний
§ 3.1. Теория адмиттанса МДП-структур (упрощенное аналитическое
представление)
§3.2. Плотность ПС в МДП-структурах
§ 3.3. Глубокие уровни в приповерхностной области 1пАь
Основные результаты и выводы главы
Глава 4. Процессы генерации неосновных носителей в ОПЗ 1пАв
§ 4.1.Вывод основных соотношений при неравновесном обеднении МДП-
структуры
§ 4.2. Оптическая генерация неосновных носителей заряда

N2, >Ш3 (чистота газов должна быть не хуже 10 4 объемных %). Второе условие-необходимость обеспечения полной герметичности реакционной камеры от натекания кислорода в камеру при проведении плазмохимических реакций, поскольку кислород резко изменяет характер протекания реакций и приводит к формированию окисной пленки на поверхности полупроводника. Совершенно не годится например кварцевый реактор поскольку стенки реактора будут учавствовать в плазмохимической реакции:
БЮг + 8Н = 8Щ4Т + 2Н2ОТ (ЛС°М8 к= -995,7 ккал/моль)
Скорость травления 8Ю2 при давлении молекулярного водорода в камере в 0,2 мм.рт.ст. и мощности ВЧ разряда ~ 400 Вт - 1-1,5 нм/мин. Вода, образующаяся в процессе протекания реакции будет смещать реакцию в сторону образования окислов. Предполагается что защита стенок кварцевой камеры нитридом кремния выправляет ситуацию, однако покрытие, в присутствии следов кислорода в реакционной камере, также будет травиться.
Несмотря на логическую завершенность предложенного пути решения пассивации поверхности и создания диэлектрика на ваАв, предложенный метод не получил широкого распространения. Из - за проблем, изложенных выше не удалось реализовать структуры с требуемыми параметрами.
Таким образом следует признать, что нет единого способа подготовки поверхности ОаАв, позволяющего получить воспроизводимые свойства МДП-сгруктур как на кремнии (плотность ПС < Ю10 см'2). Очень часто уровень Ферми закрепляется на ПС (плотность ПС ~ 1013 см'2 при энергии примерно на 0,8 эВ ниже дна зоны проводимости). На поверхности присутствует переходной слой, состоящий из смеси окислов нестехиометрического состава. Некоторые из окислов электропроводны.
Интересны также попытки создать пассивирующее покрытие проведением фото-химических реакций на поверхности ОаАя. В работе [71] приводятся данные о формировании на ваАв окисного слоя, полученного окислением поверхности в деионизованной воде под воздействием луча лазера с одновременным контролем за положением края разрешенной зоны методом фотолюминесцентной спектроскопии. Авторы нашли, что происходит открепление уровня Ферми от середины запрещенной зоны и движение его по направлению к краю разрешенной зоны, что связано с уменьшением плотности