Исследование процессов разогрева и ударного размножения носителей заряда, возбуждаемых ИК излучением в полупроводниковых контактных структурах

• Автор: Амосова, Лариса Павловна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ГЛАВА 1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ 11 КОНТАКТНЫХ СТРУКТУРАХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
1.1. Фотоэффект при поглощении света свободными носителями. П
1.2. Внутренняя фотоэмиссия в электронно-дырочных переходах
1.3. Фотоактивность диодов Шоттки
1.4. Спектральная зависимость квантовой эффективности диодов Шоттки
1.5. Диоды Шоттки силицид кремния-кремний
1.6. Обратные ВАХ диодов Шоттки
1.7. Место приемников на горячих носителях в контактных 28 структурах среди других приемников ИК излучения.
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ФОТООТВЕТА ПОЛУПРОВОДНИКО- 34 ВЫХ КОНТАКТНЫХ СТРУКТУР
2.1. Экспериментальная измерительная установка
ГЛАВА 3. ФОТО АКТИВНОСТЬ СПЛАВНЫХ РІЧ ПЕРЕХОДОВ
3.1. Фотоактивность сплавных р-п переходов на основе герма- 37 ния.
3.2. Оптимизация рабочих параметров структур 44 Ме-п-ве.
3.3. Внутренняя фотоинжекция горячих носителей в транзисто- 49 рах.
3.4. Фототоинжекция в р-п переходах на основе соединений груп- 63 пы А1"В*.
3.5. Фотокатод для ИК области
3.6 Основные результаты
ГЛАВА 4. ФОТОАКТИВНОСТЬ ДИОДОВ ШОТТКИ МеЧі-р-Бі
4.1. Фотоэлектрические характеристики контактов Шоттки с низкими барьерами
4.2. Изготовление диодов Шоттки на кремнии и контроль их структуры. 8?
4.3. Усиление обратных токов на контактах с низкими барьерами
4.4. Основные результаты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ т
ЛИТЕРАТУРА Ш

Регистрация и визуализация ИК излучения до сих пор остается одной из наиболее актуальных задач оптоэлектроники. Для се решения используются фото-эмиссионные приборы (ФЭУ, ЭОПы) и различные полупроводниковые приемники (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы) с внутренним фотоэффектом [1]. Приборы эмиссионного типа обладают спектральным порогом в ближней ИК области спектра (не более 2 мкм), в то время как полупроводниковые приемники работают в средне- и длинноволновом диапазоне и их спектральный порог определупроводниковых контактных структур - р-п переходов и диодов Шоттки в ИК диапазоне, обусловленная, главным образом, поглощением излучения свободными носителями заряда. Изучается взаимосвязь различных механизмов взаимодействия И К излучения со свободными носителями в прямосмещенных р-п переходах в условиях, когда их концентрация остается постоянной, а меняется распределение по энергиям. Исследуется размножение носителей на барьере в обратно смещенных диодах Шоттки, приводящее к усилению первичного фототока. Доказывается, что размножение имеет место даже в слабых полях, недостаточных для лавинной ионизации. Приводится расчет коэффициента усиления для процесса лавинного размножения.
К началу настоящей работы было установлено, что при облучении прямо-
смещенного р-п перехода излучением с длиной волны /.-10 мкм в фотоответе при-сутствует не только тепловая, но и чисто фотонная, безинерционная составляющая [2-7]. В диссертации продолжены эти исследования и выявлены закономерности : преобладания того или другого механизма в зависимости от внешних условий / (длины волны возбуждающего излучения, прямого смещения, температуры, частоты модуляции, а также материала полупроводника).
Простейшими малоинерционными детекторами ИК излучения могут служить охлаждаемые до 77 К германиевые и кремниевые одноэлементные диодные р-п структуры, хотя их квантовая эффективность в диапазоне ~10 мкм невелика. Повысить эффективность детектирования возможно используя триодные приемники излучения, которые сочетают внутреннее усиление с возможностью значительного понижения барьера за счет подачи прямого смещения на эмиттер. Транзисторы на горячих электронах обладают высоким быстродействием вследствие малого вреляется лишь доступной температурой охлаждения.
Актуальность работы. В диссертации рассматривается фотоактивность по-

мени пролета носителей через базу [8, 9]. Нами показана принципиальная возмож- | ность создания более эффективных приемников ИК излучения с помощью эффекта внутреннего усиления при использовании транзисторных структур вместо диод-ных и предложена схема их устройства! 10].
Помимо приемников излучения, в которых непосредственно регистрируется ток внутренней эмиссии, могут быть созданы фотокатоды для ИК области спектра, 1 т.е. могут быть созданы условия для эмиссии фотовозбужденных и перешедших через барьер электронов в вакуум [11-14, 19].
Вместе с тем, использование этих простейших приемников ИК излучения в современных устройствах визуализации с повышенной плотностью съема информации в фокальной плоскости приемной системы затруднено из-за жесткости требований, предъявляемых к идентичности фотоотклика отдельных элементов матрицы. Здесь требуются простые, технологичные многоэлементные датчики с разбросом параметров отдельных элементов не превышающим —0,5%. Этим требованиям удовлетворяют предложенные в США в 70-х годах матрицы диодов Шоттки, в которых ИК излучение инжектирует носители тока из металла в полупроводник [15, 16]. Эти детекторы относятся к сравнительно новому классу приборов на горячих носителях заряда. В металле на порядки больше свободных носителей, чем в полупроводнике, которые способны поглотить квант излучения практически любой длины волны. Порог же спектральной чувствительности будет определяться высотой барьера металл-полупроводник, который при правильном выборе металла и полупроводника может быть в несколько раз меньше ширины запрещенной 1 зоны полупроводника. В частности, очень широко применяются диоды Шоттки РСд-Зг Высота потенциального барьера таких диодов —0,2 эВ, что позволяет регистрировать сигналы с длиной волны до 6 мкм.
Несмотря на то, что диоды Шоттки освоены технологически и широко применяются в промышленности, физическая основа некоторых происходящих в них явлений до сих пор изучена недостаточно. Во всех известных нам работах усиление обратных токов в них в слабых полях, в которых носитель на длине свободного , пробега не может набрать энергию, достаточную для межзонной ионизации, при- I писывалось исключительно изменению токопроводящих свойств контакта, а ран- ■ ний лавинный пробой - влиянию краевых эффектов. До настоящего времени не существовало теории, объясняющей усиление обратных токов в диодах Шоттки с

Рис. 5-а. Энергетическая диаграмма биполярного транзистора с оптическщ/возбужденными горячими электронами.

Рис.5-б. Схема включения биполярного транзистора.