Спосіб визначення висоти потенціального бар’єра контакту метал-напівпровідник

Реферат: Спосіб визначення висоти потенціального бар'єра  0 контакту метал-напівпровідник (КМН) включає вимірювання при сталій температурі безструктурного спектра при енергіях фотонів  , менших за ширину забороненої зони E g напівпровідника, його побудови у відповідних координатах і екстраполяцію отриманої лінійної залежності до перетину з віссю енергій. Вимірюють безструктурний спектр електролюмінесцеції 2 N  при прямому зміщенні КМН, який будують у координатах N 3     . UA 122626 U (12) UA 122626 U UA 122626 U 5 10 15 20 Корисна модель належить до технології визначення параметрів діодних структур, зокрема висоти потенціального бар'єра контакту метал-напівпровідник. Без перебільшення можна вважати, що на даний час важко знайти твердотільні електронні прилади різного ступеня інтеграції, у яких були б відсутні контакти метал-напівпровідник (КМН) [1]. При цьому роль активного елемента у більшості випадків відіграють контакти з діодними (нелінійними) вольтамперними характеристиками (ΒΑΧ), одним з головних параметрів яких є висота потенціального бар'єра φο.·Зазначимо, що остання не тільки значною мірою визначає механізми протікання електронних процесів у таких контактах, але й основні фізико-технічні параметри приладів на їх базі - чисельні значення темнових струмів, напруг пробою, величину фотоерс, відношення сигнал/шум тощо. У зв'язку з цим розробка і створення напівпровідникових пристроїв на основі КМН з необхідними властивостями потребує, насамперед, адекватної інформації про величину φ0. Вона, зазвичай, отримується за допомогою експериментальних методів, що базуються на фізичних моделях і теоріях, отриманих для опису відповідних характеристик випрямляючого контакту. На даний час для цього найчастіше використовують вольтамперні, вольтфарадні та фотоелектричні характеристики, а відповідні способи знаходження φ0 мають свої переваги і недоліки, що фактично визначає межі їх застосування [2]. Найближчим аналогом до способу є метод Фаулера, який ґрунтується на ефекті виникнення фотоструму Ір в КМН, коли енергія фотонів, що поглинаються у металі, перевищує висоту бар'єра  0 , але залишається меншою від ширини забороненої зони Eg напівпровідника. При цьому спектр фотоструму I p   у інтервалі енергій  0  E g (де E g - ширина забороненої зони напівпровідника) є безструктурним і описується формулою Фаулера [2] 2 I p ~   0  . (1) Відповідно до цього, виміряну при сталій температурі залежність I p   в області енергій 25 фотонів I p   , а   E g будують в координатах величина  0 знаходиться екстраполяцією прямої до перетину з віссю енергій. Основний недолік методу Фаулера - низькі значення фотоструму у спектральному діапазоні  0  E g , які на 3-4 порядки менші від I pg в області фундаментального поглинання, коли   E g [2]. Відмітимо, що за даних умов величина I pg при конкретному значенні  навіть 30 35 40 для ідеальних КМН з максимальною ефективністю   1 і типовою площею А=1 мм не -6 перевищує 10 А. Крім того, значення η реальних фотодіодів суттєво залежить від багатьох факторів - структурної досконалості напівпровідникової підкладинки і стану її поверхні, технології виготовлення КМН, температури досліджень тощо. У зв'язку з викладеним фотострум 2 -9 КМН з А=1 мм у діапазоні  0  E g не перевищує 10 А, що значно ускладнює вимірювання і 2 погіршує їх точність, а також практично унеможливлює використання цього методу для контактів мікрометричних розмірів. Задача корисної моделі - спрощення вимірів і підвищення їх точності шляхом зміни способу визначення висоти потенціального бар'єра КМН. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб визначення висоти потенціального бар'єра 0 контакту метал-напівпровідник (КМН), що включає вимірювання при сталій температурі безструктурного спектра при енергіях фотонів  , менших за ширину забороненої зони E g напівпровідника, його побудови у відповідних координатах і екстраполяцію отриманої лінійної залежності до перетину з віссю енергій, згідно з корисною моделлю, вимірюють безструктурний спектр електролюмінесценції N  при прямому зміщенні КМН, який будують у координатах 45 2 N 3     . У способі визначення φ0 вимірюють спектр електролюмінесцентного випромінювання прямозміщеного КМН, форма і ефективність якого практично не залежать від струму через діод і температури. На фіг. представлено спектри електролюмінесценції N  a  прямозміщених КМН на основі 50 Si-1, GaAs-2, CdTe-3, GaP-4, ZnSe-5, SiC-6 та ZnS-7 при 300 К та їх зіставлення (б) з виразом (2). 1 UA 122626 U 5 10 15 Апробація запропонованого способу проводилась на КМН, виготовлених на базі низки напівпровідників (Si, GaAs, CdTe, GaP, ZnSe, SiC, ZnS) з електронною провідністю. Випрямляючим контактом слугує напівпрозорий шар золота, нанесений на монокристалічні підкладинки всіх згаданих матеріалів з попередньо створеними до них омічними контактами. Вибір золота зумовлений тим, що воно з базовими напівпровідниками утворює найбільш високий потенціальний бар'єр [2], а його тонким шарам притаманне високе і однорідне пропускання у спектральному діапазоні 0,5-6,0 еВ [3]. У зв'язку з чим воно не змінює спектральний склад випромінювання, що реєструється зі сторони напівпрозорого Аu-контакту. 2 Площа останнього становила 1 мм , а прямий струму I через діодну структуру змінювався в межах 10-100 мА. При цьому спектри електролюмінесценції всіх досліджуваних КМН у напівлогарифмічних координатах представлені подібними безструктурними кривими, високоенергетичний край яких близький до φ0, структури, фіг. 1а. Відмітимо, що форма цих спектрів практично не залежить від величини прямого струму через діод і температури. Ці фактори не впливають також на квантовий вихід так званої "гарячої" електролюмінесценції, який згідно з теорією [4] залежить лише від φ0, а її спектр описується виразом 3     0  2 N ~      . 2 20 25 30 Після побудови експериментальних залежностей N  у координатах N 3     вони зображуються прямими, апроксимація яких до перетину з віссю енергій дає висоту бар'єра КМН, фіг. 1б. Відмітимо, що знайдені φ0 всіх зразків корелюють з відповідними значеннями висот бар'єра, визначених методом Фаулера в області кімнатних температур. Крім того, запропонований спосіб дозволяє вимірювати спектри випромінювання при більш високих Т, ніж спектри фоточутливості, внаслідок незалежності квантового виходу "гарячої" електролюмінесценції від температури [4]. Джерела інформації: 1. Валиев К.А., Пашинцев Ю.И., Петров Г.В. Применение контакта металл-полупроводник в электронике. - Μ.: Радио и связь, 1980. - 303 с. 2. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. - М.: Энергия, 1973. - 656 с. 3. ЧопраК., Дас С. Тонкопленочные солнечные элементы. - М.: Мир, 1986. - 435 с. 4. Косяченко Л.Α., Кухто Е.Ф., Склярчук В.М. Излучение карбидокремниевых поверхностнобарьерных диодов при прямом смещении //ЖПС, 1984. - Т.41. В.4. - С. 615-620. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб визначення висоти потенціального бар'єра  0 контакту метал-напівпровідник (КМН), що включає вимірювання при сталій температурі безструктурного спектра при енергіях фотонів  , менших за ширину забороненої зони E g напівпровідника, його побудови у відповідних координатах і екстраполяцію отриманої лінійної залежності до перетину з віссю енергій, який відрізняється тим, що вимірюють безструктурний спектр електролюмінесценції N  при прямому зміщенні КМН, який будують у координатах 40 2 2 N  3     . UA 122626 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3