Зависимость концентрации глубоких уровней от способа окисления поверхности арсенида галлия




Скачать 94,65 Kb.
НазваниеЗависимость концентрации глубоких уровней от способа окисления поверхности арсенида галлия
Дата публикации07.06.2013
Размер94,65 Kb.
ТипДокументы
pochit.ru > Физика > Документы

УД К 621.382.2

Ю. Ю. Федоров, Т.С. Харламова, В. В. Чикун

ЗАВИСИМОСТЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛУБОКИХ УРОВНЕЙ ОТ СПОСОБА ОКИСЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ

Методами релаксационной емкостной спектроскопии глубо­ких уровней (РСГУ) и вольт-амперных характеристик (ВАХ) диодов Шотки исследовано влияние собственного окисла GaAs на концентрацию глубоких уровней. Установлено, что окисление поверхности полупроводника в кислородной плаз­ме приводит к образованию широкого пика в спектрах РСГУ. Определена зависимость величины рассчитываемого из ВАХ последовательного сопротивления диодов Шотки от концент­рации глубоких уровней с энергией активации 0,18 и 0,35 эВ.

^ КС: глубокие уровни, диод Шотки, арсенид галлия, соб­ственный окисел

1. ВВЕДЕНИЕ

Для успешного развития технологии диодов Шотки необходимо определить, в какой степени свойства поверхности полупроводника влияют на характеристики приборов. Наиболее существен­ные изменения параметров наблюдаются в при­сутствии на поверхности GaAs собственного окис­ла (СО), который влияет на коэффициент идеаль­ности диода и его последовательное сопротивле­ние [1, 2]. В [2] показано, что на величину после­довательного сопротивления, рассчитанную из ВАХ диода Шотки, влияют энергия активации и концентрация глубоких уровней (ГУ) в приповерхностной области границы раздела металл— полупроводник.

В настоящей работе определяется взаимосвязь между способами окисления арсенида галлия и параметрами ГУ в приповерхностной области по­лупроводника.

^ 2. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Для изготовления диодов Шотки со структу­рой Au/Ti—п—п+n++—GaAs использовались эпитаксиальные структуры, легированные серой,

с концентрацией носителей заряда в п-слое тол­щиной 2,5 мкм (4 ... 6) • Ю15 см-3.

Напыление Ti и Au на холодную подложку осуществлялось резистивным методом. Контакт­ные площадки (диаметром 250 и 500 мкм) фор­мировались методом обтравливания после напы­ления металла.

Энергия активации и концентрация ГУ изме­рялись методом РСГУ. Анализировалось также пространственное распределение дефектов путем определения их параметров в объеме эпитаксиальной пленки и приповерхностном слое.

Для уменьшения влияния локального разбро­са параметров ГУ на характеристики диодов Шотки и на спектры РСГУ измерения проводи­лись на каждом из фрагментов пластины, пред­варительно разделенной на четыре части. Для боль­шей достоверности результатов статистический анализ параметров при контроле ВАХ проводился по десяти диодам. В расчетах использовался ме­тод наименьших квадратов.

Структуры окислялись с помощью следующих обработок поверхности GaAs перед напылением Ti.

1. Травление пластин в фосфорно-перекисном травителе (ФПТ) плюс обработка в плазме кис­лорода в течение 5 мин.

2. Травление пластин в ФПТ плюс кипячение в ортофосфорной кислоте в течение 20 с.

3. Обработка по п. 1 с дополнительным кипя­чением пластин в ортофосфорной кислоте в тече­ние 30 с.

4. Обработка по п. 2 плюс дополнительная об­работка в плазме кислорода в течение 5 мин.

5. Травление пластин в ФПТ плюс обработка в НзР04 в течение 5 с.

6. Травление пластин в ФПТ плюс обработка в НзР04 в течение 15 с.

7. Травление пластин в ФПТ плюс обработка в НзР04 в течение 30 с.

^ 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Основные результаты измерений представлены в таблице и на рис. 1 и 2. Во всех спектрах РСГУ присутствуют ловушки Е1 и Е2 с энергией акти­вации £^==0,18 и 0,78 эВ (EL2). Эти ловушки являются основными для эпитаксиальных струк­тур арсенида галлия, полученных методом газо­фазной эпитаксии при легировании серой.

Спектры РСГУ изменялись в зависимости от величины обратного напряжения смещения, что свидетельствует о неоднородном профиле рас­пределения ловушек; причем концентрация де-

ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА. СЕР. СВЧ-ТЕХНИКА, ВЫП. 2(456), 1993,c.33-35

^ Влияние способов химической обработки на характеристики диодов Шотки и на спектры ГУ

Способ обра­ботки

Параметр диода

Характеристики ГУ

п

R,,0м

Обозначе­ние ГУ

Eе, эВ

Nt , см-3

1

3,0

10

E1

E-E

0,18 ]

0,35... 0,62

6,3E +12

3,4E +13







El

0,18

7,1£+12

2

1,03

4,2

. Е4

ЕЗ

0,35

0,55 ... 0,62

7,1E+12 4,7E+12







Е2

0,78

7.1E+12







El

0,18

5,1E+12

3

1,03

2,2

ЕЗ

0,55 . 0,62

5,3E+12







Е2

0.78

7,0E+12

4

2,1

10

El

E—E

0,18 0,35... 0,62

2,1E+12 4.8E+13


Примечание Пик ^ Е—Е — широкий пик, п — коэффициент идеальности; R^ — последовальное сопротивление диода Шотки; Nt — концентрация ГУ в GаАs

фектов в объеме пленки была меньшей, чем в приповерхностном слое.

Обработка поверхности в плазме кислорода приводит к появлению широкого пика, связанного с присутствием в запрещенной зоне полупро­водника близко расположенных дефектов с энер­гией активации Еt =0,35... 0,65 эВ, которые ло­кализованы в приповерхностной области толщи­ной 0,5... 0,6 мкм. Суммарная концентрация этих дефектов, значительно превышающая количество остальных дефектов, возрастает с увеличением времени воздействия плазмы. При этом по-види­мому, происходит подавление центров Е2 хотя в объеме пленки они присутствуют.

Проведенные исследования свидетельствуют о том (см. таблицу), что с увеличением концентра­ции ГУ с малой энергией активация (El, E4) у образцов, обработанных в ортофосфорной кисло­те, наблюдается рост последовательного сопро­тивления. При плазменной обработке такого од­нозначного вывода сделать нельзя. Причиной плохой корреляции концентрации ГУ с величи­ной Rs при плазменном окислении GaAs может послужить как колебание толщины СО, так и влияние концентрации ГУ на границе раздела диэлектрик — полупроводник. Кроме того, при использовании РСГУ для измерения спектров ГУ в диодах с малой концентрацией электронов в л-слое измеряется усредненная концентрация ГУ до глубины в 0,6 мкм а на сопротивление ока­зывают влияние лишь приповерхностные дефек­ты. Поэтому для уменьшения расхождения экс­перимента с теорией [2] необходимо выделять из приведенных усредненных значений (см. табли­цу) поверхностную долю дефектов.

Следует отметить, что обработка в плазме кис­лорода приводит к существенному увеличению

коэффициента идеальности барьера Шотки и ве­личины последовательного сопротивления.

Природа дефектов, с которыми связан широ­кий пик, в настоящее время не установлена.

Причины возникновения дефекта, связанно­го с наличием кислорода в объеме GaAs и име­ющего энергию активации, равную 0,6 эВ, ана­лизируются в [З]. В интервал широкого пика Е—Е (0,35... 0,65 эВ) попадает также дефект, связан­ный с избытком As в GaAs (0,54 эВ). Так как на границе раздела СО—GaAs существует избыток As [5], то вероятно, что в пик Е—Е входит и этот дефект. В [б] описан эксперименту во время кото­рого при протонировании GaAs наблюдался уро­вень дефектов с энергией активации 0,50 эВ. Возможно, что и в наших образцах такой дефект проявлялся в результате радиационного воздействия плазмы кислорода.

ГУ с Tмах=324К (рис. 1) присутствует только в приповерхностной области образцов с травле­ным окислом, а также в объеме эпитаксиальной пленки с толстым СО, что свидетельствует о наличии эффектов дальнодействия при образова­нии данного дефекта. Такое влияние СО позволя­ет предположить, что именно он стимулирует образование подобного дефекта, а при удалении окисла дефекты остаются только в приповерхностном слое.



Рис. 1. Экспериментальные спектры РСГУ образцов GaAs». прошедших обработку по п 1 (1), п. 2 (2), по п 1 с из­мерением спектров в глубине объема полупроводника (3)

Присутствие данного дефекта в образцах, не подвергавшихся воздействию плазмы (обработка по п. 2), может быть связано с СО, остающимся на поверхности GaAs после ее обработки в НзР04, что подтверждают результаты измерения влияния толщины СО на обратное напряжение диодов при токе 10 мкА (рис. 2). Повышение обратного на­пряжения по мере травления СО свидетельствует о том, что возникновение пика с Тмах==324К свя­зано с внедрением кислорода в процессе осажде­ния Ti

Необходимо отметить, что появление ГУ с энергией активации 0,36 эВ (E4) также связыва­ли с кислородом, вводимым при помощи ионной имплантации в арсенид галлия [З]. Однако ре­зультаты работы [7] такого вывода не подтверж­дают. По нашим данным этот дефект проявляется в составе широкого пика в незначительной сте­пени (см. рис. 1). Он также появляется в образ­цах, обработанных по п. 2, и не обнаруживается в спектрах РСГУ при обработке по п. 3. Поскольку уровень Е4 связан с комплексом вакансий галлия

и мышьяка [8], то можно ожидать, что в об­разцах с повышенной поверхностной концентра­цией As (имеющей место в структурах с толстым



Рис, 2. Влияние времени обработки поверхности GaAs в НзРО4 на обратное напряжение диодов Шотки с концент­рацией носителя заряда 1017 см-3 при толщине n-слоя 0,15 мкм для исходных образцов (J); для образцов, отож­женных в атмосфере водорода в течение 10 мин при темпе­ратуре 300° С {2}

СО) после удаления СО в ортофосфорной кис­лоте избыток мышьяка сохранится. При напы­лении Ti происходит внедрение этого мышьяка в GaAs, в результате чего атомы As, взаимодейст­вуя с комплексом вакансий, снижают концентра­цию дефектов Е4-

Необходимо отметить, что данный уровень яв­лялся основным при анодном окислении GaAs. Широкого пика с энергией 0,35... 0,7 эВ обнару­жено не было [&]. ОтмеченЙое расхождение с на­шими данными является следствием более мягко­го, в отличие от плазменного воздействия, про­цесса окисления. Дефектность GaAs и внедре­ние посторонних примесей (As, О) при анодйом окислении оказываете)! ниже, поэтому широкий пик не образуется.

4. ВЫВОДЫ

1. Установлена взаимосвязь рассчитываемого из ВАХ последовательного сопротивления диодов Шотки с концентрацией уровней Е1 и Е4.

2. Обработка в плазме кислорода приводит к появлению широкого пика в спектре РСГУ, что ухудшает параметры диодов Шотки.

3. Образование широкого пика на образцах с толстым СО связано с внедрением кислорода в объем GaAs, с избытком As в приповерхностной области полупроводника, а также с деформацией кристаллической структуры GaAs при радиацион­ном воздействий плазмы кислорода.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ч и кун В. В., Маркин Б. В. Влияние состава по­верхности на вольт-амперные характеристики барьера на основе Al—GaAs // Электронная техника. Сер. 1, Электро­ника СВЧ. — 1991. — Выл. 2(436). — С. 47—50.

2. Ч и кун В. В. Влияние дисперсии высоты барьера на последовательное сопротивление диодов Шотки // Элект­ронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ. — 1991. — Вып. 9(443). — С.^2-=23.

3. Roberts L., Hughes G. An investigation of me­tal /GaAs (100) interface» by deep level transient spectro-scopy // Appl. Surf. Sd. — 1991. — Vot. 50. — P. 424-427.

4. Максимова Н. К.» Романова И. Д., Фило­

нов Н. Г. Особенности электрических и тензоэлектряческих явлений в структурах с барьером Шотки на арсениде галлия, имплантированном ионами кислорода // ФТП. — 1985. — Т. 19, № 1. — С. 92—95.

5. К вопросу о природе некоторых электронных ловушек в GaAs / Р. А. Глориозова, С. П. Гришина. Л. И Колесник и др. // ФТП. — 1984 — Т. 18. № 8 — С. 1450—1453.

6. Kohn E., Hartnagel Н. L. On the interpretation of electrical measurements in the GaAs MOS system // So-lid-State Electr. — 1978. — Vol. 21. No 2. — P. 409-416.

7. Маркин Б. В., Ч и к у н В. В. Влияние химической обработки на состав поверхности арсенида галлия // Элек­тронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ. — 1990. — Вып. 4(428). — С. 19—22.

8. Fang Z. Q„ Schlesinger T. E., Milnes A. G. Evidence for EL6 (£^—0,35 eV) acting as a dominant re­combination center in n-type horizontal Bridgman GaAs // J. Appl. Phys. — 1987. — Vol. 61, No 11. — P. 5047—5050.

9. Влияние анодного окисления на глубокие уровни в арсениде галлия / С. В. Тихонов, А. П. Касаткин, С. И. Карпович, Н. В. Кудрявцева // ФТП. — 1989. — Т. 23, № 9. — С. 1694—1696.

Статья поступила 19 мая 1992 t.

Похожие:

Зависимость концентрации глубоких уровней от способа окисления поверхности арсенида галлия iconТема: «Степень окисления. Составление химических формул бинарных соединений»
Изучить понятие «степень окисления», отработать умения и навыки в определении степени окисления по химическим формулам
Зависимость концентрации глубоких уровней от способа окисления поверхности арсенида галлия iconЗакон действия масс
Цель работы: на основании экспериментальных данных выявить зависимость скорости химической реакции от концентрации
Зависимость концентрации глубоких уровней от способа окисления поверхности арсенида галлия icon57 Способ формирования износостойкой поверхности металлических изделий,...
Данное изобретение относится к машиностроению и касается, непосредственно, усовершенствования способа формирования износостойкой...
Зависимость концентрации глубоких уровней от способа окисления поверхности арсенида галлия iconКоррозия металлов. Защита от коррозии
Цель: Познакомить с сущностью химической и электрохимической коррозии, со способами защиты ме от коррозии, объяснить процессы окисления-восстановления,...
Зависимость концентрации глубоких уровней от способа окисления поверхности арсенида галлия iconПроект "Построение поверхности"
График функции двух переменных z = f(X,Y) можно представлять себе в виде некоторой поверхности в трехмерном пространстве. Для наглядного...
Зависимость концентрации глубоких уровней от способа окисления поверхности арсенида галлия iconАвто термоэлектронная эмиссия
На рис. 9 приведена зависимость относительного положения максимума переноса через барьер от kT/E00. Следует заметить, что для любой...
Зависимость концентрации глубоких уровней от способа окисления поверхности арсенида галлия icon10. 12. 2005 Вопросник
Базовая эталонная модель открытых систем (osi). Характеристика уровней модели. Основные протоколы уровней. Услуги уровней. Структура...
Зависимость концентрации глубоких уровней от способа окисления поверхности арсенида галлия icon6, №6, 1098 (1964). Бартенев Г. М., Зеленев Ю. В. Низкотем­пературные...
Багдасарьян X. С., Милютинская Р. И. Кинетическое исследование действия ингибиторов окисления каучука III. Кинетика ингибирован-ного...
Зависимость концентрации глубоких уровней от способа окисления поверхности арсенида галлия iconКак подразделяются поверхности, ограничивающие детали дизеля?
Первая группа – поверхности, по которым деталь соприкасается с соседними деталями или находится на заданном от них расстоянии (нормированный...
Зависимость концентрации глубоких уровней от способа окисления поверхности арсенида галлия iconРеферат Эффективность концентрации мощностей в энергетике
Целью концентрации является реализация эффекта масштаба. Примени­тельно энергетике эффект масштаба заключается в следующем
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2019
контакты
pochit.ru
Главная страница