Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
В настоящей статье рассматривается новый аморфный материал с высокой проводимостью, представляющий собой химически осажденный из газовой фазы тройной сплав Si-Ge-B.
Предлагается его использование в таких важных устройствах, как силовые кремниевые выпрямляющие диоды. Проводимость этого аморфного сплава Si-Ge-В
306
превышает приведенные пределы примерно на порядок. Более того, этот тройной сплав обладает рядом характерных особенностей, которые ие наблюдались для a-Si, например термическая стабильность даже при 700 °С и химическая строй кость к растворам кислот и щелочей. Среди них особенно примечательны свойства аморфного Si-Ge-B в контакте с моиокристаллическим кремнием. Аморфный сплав ведет себя подобно металлу Шоттки, обеспечивая подаодащую высоту барьеров для дырок, что значительно улучшает характеристики как диодов с р-л-переходом, так и диодов с барьером Шоттки (ДШБ).
Вначале описываются технология изготовления и свойства аморфного 'ermfea Si-Ge-B. Затем дается объяснение этих экспериментально полученных свойств. Далее, после краткого обзора проблем, связанных с выпрямляющими диодами, рассматривается применение этого высокопроводящего аморфного сплава в электродных контактных споях в целях улучшения характеристик диодов и обсуждается вновь предложенная теория контакта Шоттки.
6.3.2. Тройной сплав Si-Ge-B [ 34, 35]
Получение пленок
Пленки аморфного сплава Si-Ge-B получали в печи пониженного давления путем термического разложения смеси силан (SiH4) - гер-ман (GeH4) - диборан (В2Н6) при 500 °С. Для растворения реагирующих газов и поддержания давления в печи 26,6 Па использовались гелий и водород. В сумме расходы SiH4 и GeH4 поддерживались на уровне 0,15 по отношению к общему потоку газовой смеси. Пленки наносились на кварцевые пластины толщиной 0,8 мм или на диоксид кремния толщиной 5000 А, выращенную на монокристаллических пластинах кремния. Скорость нанесения пленки составляла 10-90 А/мин.
Свойства пленок
Стабильность. Пленки из аморфного сплава Бт-Се-В имели металлический блеск и очень прочно соединялись как с кремнием, так и с диоксидом кремния. Пленки были термостабильны: после их нагрева
Мб/*"* BzHj/SLHv
Рис. 6.3.1. Проводимость аморфного сплава 8і—В, полученного химическим осаждением из газовой фазы, в зависимости от отношения содержаний В2Н„/8іН4 в газовом потоке [34]
Рис. 6.3.2. Взаимозависимость отношений содержаний В/Бі в пленке и В2Н6/8іН4 в газовом потоке [34]
307
в инертной атмосфере при 700 С в течение 30 мин наблюдалось-слабое увеличение проводимости, однако при этом они оставались аморфными. При нагреве до 800 °С наблюдались слабые максимумы рентгеновской дифракции от плоскостей (111) и (ПО). Помимо термической стабильности аморфный сплав Si—Ge—В проявляет очень высокую стойкость ко всем растворам кислот и щелочей, используемым в настоящее время в кремниевой технологии. Эти свойства нового сплава весьма благоприятны для разработки новых областей его применения в приборах на основе кремния. Для создания рисунка на пленках может быть использован ионный процесс.
Проводимость. На рис. 6.3.1 приведены данные о проводимости аморфного сплава Si-B без Ge, полученного ХГФО при 300 К, в зависимости от отношения B2H6/SiH4 в газовой смеси. С увеличением этого отношения проводимость сначала возрастает, достигая максимального значения ~ 0,4 См/см, а затем падает. Дальнейший ее рост только за счет увеличения содержания бора невозможен. Из измерений поглощения метилена в голубой области спектра следует, что содержание бора в пленке монотонно возрастает с увеличением отношения B2H6/SiH4 (рис. 6.3.2).
Как показано на рис. 6.3.3, при добавлении германия в качестве третьего компонента проводимость сплава при 300 К превышает отмеченный выше предел. В области малых концентраций германия с увеличением его содержания наблюдается постепенный рост проводимости, превышающей вышеупомянутый предел. Резкий скачок проводимости наблюдается в точке, в которой отношение GeH4/(SiH4 +GeH4) = = (2 -г 5) 10"2. Далее, в области высокого содержания германия наблюдается более резкое повышение проводимости с увеличением GeH4/(SiH4 +GeH4).
Согласно данным рентгеновских исследований, пленки аморфны при значениях GeH4/(SiH4 + GeH4) < 2 • 10"2, а если эта величина > 5 х х Ю-2, в пленках содержатся микрокристаллиты. Образование микро-
GeH^/(SiH^ + GeH^)
Рис. 6.3.3. Проводимость сплавов 81-С.е-В в зависимости от отношения содержаний СеН4/(5пЧ„ + СеН4). Содержание В2Н6 определялось величиной В2 Н6 /(8Ш4 + + СеН4)= 1 • 10"2 [ 341
308
кристаллической структуры ускоряется при увеличении содержания германия, но подавляется при введении бора. Например, при B2H6/(SiH4 + + GeH4) = 5 • 10"2 и GeH4/(SiH4 + GeH4) = 5 • 10"2 пленки все еще остаются аморфными.
Типичное изменение проводимости с температурой приведено на рис. 6.3.4, где логарифм проводимости представлен в зависимости от j -1/4 Проводимость хорошо описывается формулой о = "•= о0 ехр { -(Го/Г)1/* } .
При изменении частоты измерения проводимость сплава меняется. На рис. 6.3.5 показано приращение проводимости в зависимости от частоты измерения на переменном токе. С увеличением частоты приращение Д оас возрастает с изменяющимся наклоном кривой d(log Д oac)/d х х (log/), меньшим 1:5.-
