Экспериментальные исследования автоэлектронной эмиссии полупроводников

• Автор: Иванов, Владимир Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Новгород
• Количество страниц: 316 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. Методика эксперимента. Получение атомарно-чистых поверхностей полупроводниковых катодов
1.1. Конструкции экспериментальных приборов
1.2. Технология изготовления полупроводниковых автоэмис-сионных катодов
1.3. Вакуумная гигиена и откачка экспериментальных
приборов
1.4. Геттеры
1.5. Источники кислорода и их калибровка
1.6. Основные схемы измерений
1.7. Особенности очистки поверхности полупроводниковых автокатодов (р- и п-типа) десорбцией электрическим полем
1.7.1. Автоэмиссионное изображение германиевых эмиттере-

1.7.2. Автоэмиссионные изображения кремниевых эмиттеров
1.7.3. Получение автоэмиссионных изображений атомарночистых поверхностей арсенид галлиевых эмиттеров
1.8. Выводы
ГЛАВА II. Автоэмиссионные характеристики автокатодов из полупроводников р-типа
2.1. Основные элементы теории автоэлектронной эмиссии металлов
2.2. Теория автоэлектронной эмиссии полупроводников
2.3. Экспериментальные вольтамперные характеристики
(ВАХ)

2.3.1. Влияние технологических факторов на вид ВАХ полупроводниковых катодов
2.3.2. Зависимость вида ВАХ от геометрии и удельного сопротивления автокатодов
2.3.3. Теоретическая интерпретация нелинейности ВАХ
2.3.4. Влияние поверхностных состояний на автоэлектронную эмиссию полупроводников
2.3.5. Исследование внутреннего пробоя в сильных электрических полях при автоэмиссии р-типа полупроводников
2.3.5.1. Внутренний пробой при автоэлектронной
эмиссии германия
2.3.5.2. Внутренний пробой при автоэлектронной
эмиссии кремния
2.3.5.3. Внутренний пробой при автоэлектронной
эмиссии СаАэ
2.3.5.4. Обсуждение результатов исследований внутреннего пробоя р-типа полупроводников
2.3.6. Особенности ВАХ р-типа германия с объемным
дефектом
2.3.7. Полевая электронная эмиссия из волокон стеклообразного полупроводника
2.4. Выводы
ГЛАВА III. Адсорбция кислорода на р-типа германии и арсениде галлия
3.1. Общий вид ВАХ интегрального тока системы «Се-02»
3.2. Автоэмиссионные изображения йе при адсорбции кислорода
3.3. Особенности поведения автоэлектронной эмиссии из
ОаАэ при адсорбции кислорода

3.3.1. Вольтамперные характеристики из высокоомного
GaAs
3.3.2. ВАХ из низкоомного GaAs
3.3.3. Обсуждение результатов
3.4. Выводы
ГЛАВА IV. Влияние сильного электрического поля на адсорбцию кислорода на германии и арсениде галлия
4.1. Наблюдение эффекта электроадсорбции в автоэмиссионном микроскопе
4.2. Общий вид интегральных вольтамперных характеристик системы «германий-кислород»
4.2.1. Особенности интегральных ВАХ и работы выхода при относительно больших (~10'5 Тор мин.) экспозициях в кислороде
4.2.2. Особенности ВАХ и работы выхода <р при малых экспозициях в кислороде (~10'6 Тор МИН.)
4.3. Исследования пороговых полей электроадсорбции кислорода на отдельных гранях монокристаллического германия
4.4. Влияние структуры поверхности германия на закономерности электроадсорбции кислорода
4.5. Определение энергии активации адсорбции кислорода на атомарно-чистой поверхности германия методом
изотерм Аррениуса
4.6. Электроадсорбция кислорода на GaAs
4.7. Выводы

Из соотношения (1.2) следует, что если напряженность поля десорбции у вершины катода превысит поле испарения для данного полупроводника, то возникающее механическое напряжение превысит предел прочности и острие разрушится. Ситуация часто усугубляется тем, что в объеме катода могут находиться те или иные кристаллографические дефекты (дислокации границы блоков, дефекты при диффузии примесей и т.д.), которые уменьшают предел прочности материала.
Механизм испарения и десорбции атома с поверхности металлического катода согласно общепринятым представлениям [30,32] заключается в следующем. Энергия испарения 0О поверхностного атома в виде иона в отсутствие электрического поля описывается уравнением
0о = Х+/п+Пф (1.3)
где А, - энергия сублимации, Уп - энергия п-кратной ионизации, ср - работа выхода с поверхности. При наличии поля у поверхности энергия испарения атома понижается на величину (п3е3Р)1/2, т.е.
0=0о-(п3е3Р)1/2, (1.4)
где Р - напряженность электрического поля у поверхности катода.
Среднее время, требующееся для преодоления энергетического барьера 0,
т = т0ее/кТ; (1.5)
где т0 =1 /V - обратная частота колебания связанной частицы.
В дальнейшем в ряде работ теория полевого испарения атомов уточнялась. В работе [32] учтена поляризация атома и иона и получено выражение для энергии испарения поверхностного атома
0=0о-(п3е3Р)1/2+1/2(аа-а|)Р2+1/24(уа-уОР4; (1.6)
где аа и уя - поляризуемость и гиперполяризуемость поверхностного атома, соответственно, а, и у, - поляризуемость и гиперполяризуемость испаряющегося иона.