Физико-химические аспекты и компьютерное моделирование формирования нанослоевых структур выпрямляющих контактов Ga(As/P)-Ga(S/Se)-Ni

• Автор: Лебеденко, Сергей Евгеньевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1 .

1.1 Характеристики соединений АПВУ.

1.1.1 Общие сведения.

1.1.2 Кристаллическая структура

1.1.3 Следствия отсутствия инверсионной симметрии плоскости 1 и 1 1 1.

1.1.4 Характер связи в соединениях АШВУ

1.1.5 Сила связи АПВУ

1.2 Физикохимические свойства фосфида галлия и арсенида галлия.

1.2.1 Основные характеристики фосфида галлия.

1.2.2 Основные характеристики арсенида галлия
1.2.3 Строение реальной поверхности арсенида галлия и фосфида галлия.
1.3 Граница раздела металл полупроводник
1.3.1. Методы формирования контактов металл полупроводник
1.3.2. Модели строения границы раздела металл полупроводник
1.3.3. Теории переноса заряда через границу раздела металл полупроводник
1.3.4 Состояние поверхности полупроводника и электрофизические свойства
диодных структур металл полупроводник
1.3.5. Способы подготовки поверхности полупроводника и электрофизические
характеристики контакта металл полупроводник.
1.3.6.роцессы, протекающие на поверхности полупроводников типа АШВУ,
контактирующей с окружающей средой.
1.3.7. Влияние оксидного слоя на электрофизические свойства выпрямляющих
контактов металл полупроводник.
1.3.8 Халькогенидиая пассивация поверхности полупроводника.
ГЛАВА 2
ФОРМИРОВАНИЕ НАНОСЛОЕВЫХ ДИОДНЫХ КОНТАКТОВ СаРфрМ.
2.1 Техника и методика эксперимента.
2.1.1 Растворы и реактивы
2.1.2 Установки
2.1.3 Методика изготовления рабочих электродов.
2.1.4 Методика измерения катодных поляризационных кривых.
2.1.5 Методика формирования выпрямляющего контакта на поверхности полупроводника
2.2 Гермодинамический расчт для реакций, про текающих на границе полупроводник раствор
2.3 Нахождение оптимальной плотности тока для наилучшего осаждения никеля
2.4 Травление фосфида галлия концентрированными кислотами.
2.5 Регистрация вольтамперных характеристик контактов металл полупроводник
2.5.1. Влияние предварительной подготовки на электрофизические характеристики контакта иикельфосфид галлия птипа
2.5.3. Термическая стабильность
2.6 Исследование поверхностей ОаАя, ваР и контактов СаАБМ инструментальными методами.
ГЛАВА 3.
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕТЕРОПЕРЕХОДА СаА, РММ.
3.1 Построение геометрической модели гетероперехода . ,
3.2. Расчет сил связи методом нелокального функционала плотности.
3.3. Расчет энергий и длин связей биядерных локальных кластеров состава АШВУ, ,v, IV VI, v VI методом функционала плотности с помощью пакета компьютерных программ
3.4. Расчет энергий и длин связей биядерных локальных кластеров состава v,
IVI, ,v v, v VI методом функционала плотности в про1раммном пакете 6 i
3.5. Компьютерное моделирование релаксации контактов , i
3.5.1 Механизмы релаксации наноструктуры контакта IV v .
3.5.2 Анализ результатов компьютерного моделирования релаксации контакта i
3.5.3 Анализ результатов компьютерного моделирования релаксации контакта i.
ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что свойства контакта металл полупроводник во многом определяются свойствами интерфейса поверхностей металла и полупроводника 1. При этом интерфейс представляет собой определенную область материала между металлом и полупроводником со своими специфическими физикохимическими и электрофизическими свойствами. Согласно современным представлениям, интерфейс это квантоворазмерный нанослой, толщина которого не превышает нескольких нанометров. Формирование такого интерфейса проблема для существующих технологий.
В обычных условиях на поверхности полупроводника существует довольно толстый слой оксидов 2. Выпрямляющие контакты, сформированные таким оксидным интерфейсом, имеют невысокие электрофизические харарктеристики. Для устранения негативного влияния оксидного слоя существую два основных технологических подхода 3. На первой общей стадии полностью удаляется имеющийся оксидный слой вплоть до получения атомарно чистой поверхности полупроводника. На второй стадии создается интерфейсный слой двумя различными способами а оксидный нанослой на поверхности полупроводника и б реконструированный нанослой в приповерхностной области полупроводника. Важно, что и создаваемый слой оксидов и реконструированная поверхность являются квантоворазмерными объектами, обеспечивающими при нанесении металла, вопервых, разделение объемных областей металла и полупроводника, а вовторых, облегчение трансмиссии электронов между объемами металла и полупроводника.
Оба этих метода имеют существенные недостатки дефектность и неоднородность оксидного слоя в первом случае, необходимость высокотемпературной обработки полупроводников в вакууме и нанесение металла в инертной атмосфере во втором случае. Все это ведет либо к
снижению качества получаемых контактов либо к технологическому усложнению процесса их создания.
С конца х годов прошлого века 4 разрабатывается комбинированный подход к созданию пассивирующего трансмиссионного слоя на поверхности полупроводника, объединяющий достоинства классических способов подготовки поверхности полупроводника к нанесению металла на второй стадии. В этом комбинированном подходе в ходе реконструкции приповерхностной области полупроводника образуется не оксидный, а халькогенидный квантоворазмерный нанослоевой интерфейс с толщиной, не превышающей 1,5 нм 4. Это было реализовано физическими методами высокотемпературного удаления оксидного слоя и парофазного нанесения слоя халькогена. Но технологически более приемлемым является жидкофазный способ слитного удаления оксидного слоя и замены его пассивирующим нанослоем хапькогенидов в мягких условиях. Эти методы получили название хальког енидная пассивация.
В данной работе поставлены и решены некоторые задачи создания интерфейса выпрямляющего контакта на основе полупроводников типа А,ПВХ и переходного металла методом жидкофазной халькогенидной пассивации поверхности полупроводника в мягких условиях.
Актуальность


Физикохимическая интерпретация механизмов достижения близких к идеальным электрофизических характеристик выпрямляющих контактов v на основе образования нанопленки слоевых соединений ,v на поверхности полупроводника. Механизмы и закономерности физикохимических процессов перестройки наиослоевых гетероструктур выпрямляющего контакта i. Апробации работы. Основные результаты диссертации были доложены на Международной конференции Современные проблемы физики и высокие технологии, Томск, г. Международной конференции i i, . Страсбург, Франция, г. Международной школеконференции молодых ученых Физика и химия наномагериалов, Томск, г. Международной конференции I I i i, i i i i ii, Ницца, Франция, г. Материалы и покрытия в экстремальных условиях исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий, Большая Ялта, Крым, Украина, г. Международной научнотехнической конференции Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы. Получение, свойства, применение, Красноярск, г. Девятой международной конференции Арсенид галлия и полупроводниковые соединения группы IIIV , Томск, г. Второй Всероссийской конференции по наноматериалам I , Новосибирск, г. При взаимодействии элементов Ша и V подгрупп периодической системы Менделеева образуются кристаллические полупроводниковые соединения, называемые соединениями типа v. Они представляют собой не сплавы, а химические соединения, в которых на каждый 1атом приходится один Vатом, причем в кристаллической решетке эти атомы чередуются между собой. Каждый II 1атом имеет на один валентный электрон меньше, а Vатом на один больше, чем атомы элементов IV группы, образующие полупроводниковые кристаллы германий, кремний и серое олово. Таким образом, среднее число электронов, приходящихся на один атом в соединениях АШВУ, то же, что и в полупроводниках IV группы установлено, что кристаллическая структура и электронные свойства этих соединений во многом сходны со структурой и свойствами полупроводников IV группы. Тем не менее, соединения iv обладают и характерными свойствами, отличающими их от полупроводников IV группы. Эти отличия возникают в основном изза того, что кристаллы соединений имеют симметрию более низкого порядка, чем кристаллы элементов IV группы, а также изза того, что при переходе от элементов IV группы соединениям v связь становится частично ионной вследствие переноса электронного заряда от атома III группы к атому V группы. Сообщение о первом соединении типа v появилось около восьмидесяти лет назад это был I, полученный Тилем и Кэлшем в г 8. Голдшмидта , который в г. I, , , , , , 1 и I. В г. Блюм, Мокровский и Регель сообщили, что одно из этих соединений, I, оказалось полупроводником, близким по свойствам к германию и серому олову. Однако первым, кто понял значение соединений v как нового семейства полупроводников, был, повидимому, Велькер , который в г. Хотя кристаллы соединений v и имеют структуру, сходную со структурой алмаза, но в каждой элементарной ячейке их присутствуют атомы двух различных элементов, так что они образуют более общую систему, чем полупроводники IV группы. При этом имеется большое число возможных комбинаций атомов в решетке, и эти соединения обнаруживают весьма разнообразные полупроводниковые свойства, полезные и с точки зрения изучения явления полу провод и мости, и с точки зрения создания приборов. Несмотря на то, что в элементарной ячейке этих соединений находятся различные атомы, поведение их оказывается иногда более простым, чем у моноатомных полупроводников IV группы. Например, свойства антимонида индия и арсенида индия довольно точно соответствуют простейшей модели, в которой сферическая зона проводимости и сферическая валентная зона имеют экстремумы в центре зоны Бриллюэна. С другой стороны, соединения ,v обычно гораздо труднее получить в чистом виде, чем полупроводники IV группы, и для многих из этих соединений свойства даже самых чистых образцов, обусловлены скорее примесями, чем самим материалом. В табл. В некоторых соединениях подвижность электронов намного превышает подвижность дырок. Поэтому обычными терминами птип и тип следует пользоваться с осторожностью.