Физико-химические аспекты формирования нанослоевых структур контактов Ir-GaAs n-типа в условиях халькогенной пассивации поверхности полупроводника и электрохимического осаждения металла

• Автор: Фомина, Лариса Валерьевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 180 с.

ВВЕДЕНИЕ
Из всего многообразия технологических применений твердых тел часто используются в первую очередь их поверхностные свойства механические свойства металлических конструкций, электрические свойства в электронике, химические в процессах катализа, оптические в приборостроении. Объем образца в этих областях приложений часто играет лишь роль подложки, которую легко заменить на иную. Когда же выбор материала диктуется его объемными свойствами, часто оказывается, что свойства естественной поверхности не пригодны для намеченного использования, и возникает необходимость модифицировать их соответствующим образом или снабдить образец из выбранного материала искусственно созданными поверхностными гетероструктурами, обладающей требуемыми свойствами 1.
За последние сорок лет произошел технологический прорыв в области создания гетеростуктур для высокоскоростной микроэлектроники Нобелевская премия по физике за г Эти работы создали материальную основу современных информационных технологий. К базовым элементам электронных устройств относятся омические и выпрямляющие контакты, создаваемые на границах раздела фаз металлполупроводник . Контакты представляют собой гетероструктуры из микрослоев полупроводниковых материалов с различной шириной запрещенной зоны, металла и разделяющих их нанослоев соединений. Параметры полупроводниковых электронных устройств, их стабильность при работе в неблагоприятных условиях во многом определяются свойствами гетероструктур металлполупроводник. В современной электронике особое внимание уделяют решению проблемы получения барьерных гетероструктур с заданными физикохимическими и электрофизическими свойствами. Использование физикохимических подходов позволяет разработать технологии получения контактов с заранее заданными свойствами посредством выбора специфических химических и электрохимических методов нанесения материалов.

Актуальность

Контакт металлполупроводник рассматривается поразному, с учетом или без промежуточного слоя и свойств поверхности полупроводника. Ф ФмХ 1. В таком случае контакт между металлом и полупроводником осуществляется через диэлектрик оксид самого полупроводника. Первый тип границы раздела единственный истинный барьер Шоттки, поскольку только в этом случае высота барьера зависит от разности работ выхода металла и полупроводника, как было описано Шоттки . В других случаях на высоту барьера оказывают влияние поверхностные электронные состояния ПЭС , , , нивелирующие контактную разность потенциалов. Проведенный в 2 эксперимент с использованием фотоэмиссионной спектроскопии показал, что в полупроводниках типа АтВу на формирование барьеров Шоттки влияние оказывают приповерхностные дефекты кристаллической структуры, образующиеся при нанесении металла. Положение уровня Ферми на поверхностях полупроводников типа АШВУ не зависит от типа металла. Такая фиксация уровня Ферми объясняет тот факт, что для большинства полупроводников типа АШВУ высота барьера слабо зависит от работы выхода металла. Важным процессом, определяющим ток в контакте металлполупроводник при приложении к нему напряжения смещения V, является переход электронов над барьером из полупроводника в металл и наоборот 4, . Надбарьерный перенос в диодах Шоттки на умеренно легированных полупроводниках при не слишком низких температурах 0 К. Квантовое туннелирование электронов через барьер, важное при более высоких уровнях легирования, например, в большинстве омических контактов. Рекомбинация в области пространственного заряда. Инжекция дырок из металла в полупроводник. Кроме того, вклад в полный ток через диод могут давать ловушки вблизи границы раздела металлполупроводник и токи утечки в периферийных областях контакта, обусловленные высокими краевыми электрическими полями. При комнатной температуре в интервале полей Всм перенос заряда в большинстве диодов Шоттки на ваАз осуществляется путем термоэлектронной эмиссии основных носителей 2. Согласно модели Бете 4, ограничивающим процессом является эмиссия электронов из полупроводника в металл. Бете называют термоэмиссионной или диодной. В рамках этой теории предполагается I высота барьера Ф много больше кТ 2 область, определяющая термоэлектронную эмиссию, находится в термодинамическом равновесии 3 протекание полного тока не нарушает этого равновесия. Данные предположения позволяют считать, что полный ток представляет собой разность между током из металла в полупроводник и противоположным ему током из полупроводника в металл, причем металл и полупроводник характеризуются каждый своим квазиуровнем Ферми. Ясно, что в этом случае ток не зависит от формы барьера, а зависит лишь от его высоты 2. ГГ2ехр кТ
ехрг
где I плотность тока фФ высота барьера А модифицированная постоянная Ричардсона, А ГрГдГцтк2Л, Гр вероятность для электрона достичь металла без рассеяния после прохождения над вершиной барьера, Гд коэффициент прохождения ГрГд 0. Для поверхности 1 арсенида галлия имеют соответственно А 4. Ам2К2 3. Для напряжений смещения, больших ЗкТ, единицей в квадратных скобках, в уравнении 1. УкТ. На практике такая идеализированная характеристика никогда не наблюдается. На самом деле ток изменяется как ехрцУркТ, а р называется коэффициентом идеальности. Он обычно превышает единицу. В хороших выпрямителях р не больше 1 Имеется несколько возможных причин отличия р от единицы. На практике высота барьера слабо зависит от приложенного смещения. Это может быть связано с влиянием сил изображения или наличием промежуточного слоя. Каждый из этих дефектов при приложении прямого смещения приводит к увеличению Ф, и ток в результате растет с увеличением цУ медленнее, что эквивалентно введению коэффициента идеальности, большего единицы. Еще одной причиной огличия ВАХ от идеальной может быть рекомбинация электронов и дырок в обедненной области. При больших смещениях, соответствующих большим плотностям тока, возможно существенное увеличение р изза заметного влияния дрейфа и диффузии в области барьера, и использование диодной теории становится некорректным.