Минизонный электронный спектр и транспорт горячих электронов в естественной сверхрешетке политипов карбида кремния

• Автор: Санкин, Владимир Ильич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 80 с. : ил.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Карбид кремния, как известно , знаменит прежде всего такими физико-химическими свойствами, как твердость, стойкость в химических агрессивных средах, сохранность полупроводниковых свойств при высоких температурах вплоть до 1000°С, высокая теплопроводность, высокие пробивные поля и многое другое.
Но, по-видймому, наибольший интерес вызывает существование политипов в виде различных кристаллов SiC с большими и очень большими размерами элементарной ячейки или, так называемых, сверхструктур. Практически во всех политипах, кроме основной периодичности, равной постоянной решетки, можно выделить дополнительную периодичность размером в несколько и даже несколько десятков постоянных решетки. Такая сверхпериодичность получила название естественной сверхрешетки (ЕСР). Кроме вопроса о природе таких сверхструктур, огромный интерес вызывает вопрос о том, какое влияние это явление оказывает на электронные свойства политипов. Безусловно эта проблема является фундаментальной , но несомненно и то, что результаты такого исследования представляют большой практический интерес, поскольку речь идет о свойствах собственно кристаллов SiC, практическая ценность которых не вызывает сомнений.
Интерес к системам со сверхпериодичностью возник в середине 60-х годов после опубликования Л.В. Келдышем работы [1*], в которой предлагалась идея создания с помощью акустической волны сверхрхпериодичносги в кристалле, что, в свою очередь, приведет к расщеплению непрерывной и широкой зоны в последовательность узких зон или минизон. Приложение сильного электрического ноля к такой системе предполагало возникновение режима брэгговского отражения электронов (2*3 и, как следствие, возникновение отрицательной дифференциальной проводимости (ОДП). Можно утверждать, что эта идея стимулировала создание искусственных сверхрешеток [3*3 на основе последовательности гетеропереходов, которые и по сей день являются Центом многочисленных исследований. Но глазной задачей этих работ ;|лялась и является задача обнаружения ОДП, что, к сожалению, на тдняшний день практически не удалось. Проблема электронного фнспорта в сильных электрических полях в системе ЕСР политипов | Ьбида кремния, которая является предметом внимания настоящей = фоты, до сих пор не исследовалась. Однако из оптических исследований , 4 веденных воФТИ им. А.Ф.Иоффе Г.Б.Дубровским, А.А.Лепневой и фРадовановой,было известно [4*], что некоторые полосы поглощения в Утипах SiC могу быть отнесены за счёт переходов между
I ' з
электронными минизонами , которые обусловлены ЕСР. Таким образом, весьма актуальная проблема, не разрешенная на искусственных СР, обязательно должна была стать предметом исследования на ЕСР политипов БіС хотя бы потому, что в структурном совершенстве такие ЕСР имеют неоспоримые преимущества перед искусственными СР, в частности, благодаря отсутствию интерфейсов. Технологически задача создания экспериментальных структур на 8ІС в своей основе сводится к росту качественных эпитаксиальных не гетеро, а гомослоев, положительный опыт в решении ее был накоплен, и в России, и за рубежом. Результатами данной работы должны были стать ответы на весьма принципиальные физические вопросы : существует ли ванье- штарковская локализация (ВШЛ) в кристаллах, реализуется ли экспериментально режим блоховских осцилляций (БО) или брэгговского отражения , а также многочисленные другие явления, вытекающие из теории, является ли ЕСР в БІС существенным фактором или некой уникальностью дальнего порядка, не оказывающей существенного влияния на электронные свойства. Естественно ожидаемым результатом этой работы должны были стать и новые данные , важные для принятия приборных решений.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Целью настоящей работы являлось всестороннее изучение особенностей электронного транспорта в ЕСР политипов карбида кремния в сильных электрических полях.
Задачи настоящей работы состояли в следующем:
-разработать методику исследования зонной и экситонной структуры политипов карбида кремния; , '
-провести исследование на предмет определения основных параметров зонной и экситонной структуры политипов карбида кремния;
-разработать методику создания совершенных р-п- переходов для изучения ударной ионизации и лавинного электрического пробоя;
-провести исследования для получения основных характеристик ударной ионизации и лавинного пробоя для двух основных направлений поля, параллельно РІ і С и перпендикулярно Г1С оси ЕСР политипов БіС; -разработать методику исследования ванье -штарковской локализации в широком диапазоне электрических полей;
-провести исследования вольт-амперных характеристик (ВАХ) ЕСР политипов карбида кремния е сильных электрических полях по обнаружению ОДП , обусловленного БО;
- провести исследования вольт-амперных характеристик ЕСР полптипов карбида кремния в сильных электрических полях по обнаружению ОДП ,

фотоумножения производилась по формуле для монополярной ионизации (3-2). Кривые р г Д1/Р) были подобны между собой. Следовательно, ударная ионизация для всех приведенных политипов в указанном диапазоне полей Рт= 1000 4- 5000 кВ/см является резко монополярной и осуществляется дырками.
Данные эксперимента описываются экспонентой р ~ ехр(-Р где е* пороговая энергия ударной ионизации (УИ), V/, (б) - вероятность ударной ионизации, Г( р, У) -функция распределения (ФР) дырок по импульсам. Так как ФР экспоненциально спадает с ростом энергии, то интеграл (3-6) пропорционален значению ФР на пороге УР1, то есть Р(Р) ~ й {«!*), (То-симметричная часть ФР).
Аналогично [35*] нами был использован метод расчета асимптотики ФР в системе из двух подзон тяжелых и легких дырок. В последней длина свободного пробега велика и поэтому разогрев дырочного газа происходит по подзоне легких дырок. Разогрев при этом является баллистическим, то есть больших энергий достигают дырки, избежавшие столкновений с фононами. Число таких дырок, то есть асимптотика ФР, определяется вероятностью баллистического пролета.
Р(р) ~ р, р) аУалп)1,

(3-6)
р(Р>=схж ехр(-Ро/Р)
(3-7)
где Р0 = -
в 0 ЛЮ