Эффект поля. Расчёт эффективной подвижности носителей заряда

МИНИСТЕРСВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Приборостроительный факультет

Кафедра «Микро- и нанотехника»

Курсовая работа по дисциплине «Физика полупроводников»

''ЭФФЕКТ ПОЛЯ. РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОЙ ПОДВИЖНОСТИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА''

Выполнила: студентка ПСФ,

гр. 113416 Ющенко А.А.

Руководитель:

канд. физ. - мат. наук, доц. Сернов С.П.

Минск 2009

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 2

2

2.1 Влияние квантово-размерных слоев In(Ga)As на эффект поля в слоях GaAs

Квантово-размерные гетеронаноструктуры (ГНС) с квантовыми точками (КТ) и квантовыми ямами (КЯ) In(Ga)As/GaAs играют важную роль в современной электронике. Исследование эффекта поля в этих структурах представляет интерес в связи с разработкой новых методик диагностики электронных параметров этих структур. При встраивании квантово-размерного слоя In(Ga)Asв приповерхностную область пространственного заряда (ОПЗ) матрицы GaAs эти слои должны проявлять себя в эффекте поля аналогично поверхностным состояниям (ПС) как электронные или дырочные ловушки для инжектированных носителей. В связи с конкуренцией квантово-размерных и поверхностных состояний за захват носителей высокая поверхностная концентрация поверхностных состояний в GaAs создает определенные трудности в выделении вклада квантово-размерных состояний на характеристиках эффекта поля. Для определения электронных параметров квантово-размерных слоев, в частности плотности состояний, высоты эмиссионного барьера и др., обычно используется емкостная диагностика барьеров Шоттки или p -n - переходов в квантово-размерных гетеронаноструктурах. В данной работе изучалась возможность использования эффекта поля для диагностики гетеронаноструктур In(Ga)As/GaAs.

2.1.1 Методика исследования

Исследовались гетеронаноструктуры с одиночными слоями квантовых точек InAsи квантовых ям In_0.2 Ga_0.8 As шириной 3 нм, встроенными в область пространственного заряда на разных расстояниях d_c = 5, 20, 100 и 300 нм от поверхности буферного слоя GaAsn -типа, который предварительно наносилсяна подложку полуизолирующего GaAs. Благодаря закреплению (пиннингу) уровня Ферми на поверхностных состояниях в приповерхностной области слоя n-GaAs возникает обедненный электронами слой с вы­сотой барьера около 0.6 эВ. Ширина области пространственного заряда при уровне легирования буферного слоя ~ 10¹⁶ см^-3 составляла обычно 200-250 нм. Из­менение толщины покровного слоя d_c позволяло менять положение слоя квантовых точек или квантовых ям в области пространственного заряда почти от границы с поверхностью до границы с квазинейтральной областью структуры. Структуры выращивались методом газофазной эпитаксии из металлорганических (МОС) соединений при атмосферном давлении водорода - газа-носителя паров МОС.

Эффект поля исследовался на разборных МДП структурах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) типа полевых транзисторов с пластинкой слюды толщиной порядка 20 мкм в качестве диэлектрика. Разборная конструкция МДП структуры обеспечивает простоту реализации методики эффекта поля и удобна в том отношении, что ее емкость C_g определяется ем­костью слюдяного конденсатора и практически не зависит от емкости ОПЗ. На управляющий электрод (затвор) подавалось однополупериодное синусоидальное напряжение V_g ( t ) положительной полярности с амплитудой до 800 В (рис. 1), инжектирующее в гетеронаноструктуре основные носители (электроны). К омическим контактам на поверхности гетеронаноструктур (ширина контактов и расстояние между ними = 5 мм) прикладывалось постоянное напряжение V_d около 10 В. Динамическая зависимость квазиповерхностной проводимости ∆ σ_s ( t ) от переменного напряжения на затворе V_g ( t ) после аналого-цифрового преобразования анализировалась на компьютере. При постоянной емкости C_g и отсутствии захвата инжектированных электронов на какие-либо ловушки динамическая зависимость ∆ σ_s ( V_g ( t )) должна быть линейной (рисунок 2.1.1.1, кривая 1), и определенная по ее наклону подвижность в эффекте поля

где dQ_s = C_g dV_g , должна быть равна дрейфовой подвижности электронов в области пространственного заряда μ_n . Захват инжектированных в эффекте поля электронов на поверхностные и объемные ловушки, а также в квантово-размерные состояния приводят к уменьшению наклона динамической зависимости ∆ σ_s ( V_g ( t )) и появлению на ней петли гистерезиса на частотах измерения f ~ (27πτ)^-1 , где τ - время релаксации процесса захвата.

Рисунок 2.1.1.1 – Динамическая зависимость удельной поверхностной проводимости от переменного напряжения на затворе. При отсутствии захвата на ловушки, 2 - для гетеронаноструктур со слоем квантовых точек InAs, встроенным вблизи