Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Наличие плотных локализованных состояний подтверждается высоким оптическим поглощением в широком диапазоне энергий фотонов. Образование плотных локализованных состояний объясняется Сле-. дующим образом. В осажденных из газовой фазы аморфных пленках содержание бора очень велико; бор, имеющий три направленные связи, будет легко входить в атомную решетку. Три связи бора обеспечивают свободу образования непрерывной случайной сетки (НСС) и ее стабилизацию. Стабильность НСС подтверждается термостойкостью материала. В то же время большое различие атомных радиусов составляющих элементов вызывает напряжения. В результате, согласно Андерсону [45]^ увеличивается флуктуация потенциала и появляются локализованные уровни, распределенные в широком диапазоне. Плотные локализованные состояния, образующиеся внутри псевдозоны, взаимодействуют между ссэбой. В случае токовой проводимости это приводит к перескоку электрбнов через эффективные переменные расстояния (участки).
С добавлением к системе Si В третьего компонента (германия) напряжения в НСС ослабевают, так как в многокомпонентной системе появляется ряд возможностей для расположения атомов и образования их конфигураций, поскольку германий имеет больший атомный радиус по сравнению с кремнием, а бор, наоборот, меньший. К тому же введение атомов германия увеличивает эффективную диэлектрическую постоянную сплава. По этой причине увеличивается пространственная протяженность волновых функций локализованных электронов и таким образом повышается вероятность перескока. Этим обусловлена более высокая проводимость аморфного сплава Si—Ge-B. Пос-
311
кольку перекрытие локализованных состояний далее возрастает, состояния не остаются более локализованными и в переходе металл - диэлектрик устанавливается очень высокая проводимость.
Измерения ЭПР показывают низкие значения спиновой плотности. Эти результаты могут быть объяснены при допущении, что локализованные состояния на низких энергетических уровнях заняты спаренными электронами, а большинство других локализованных состояний на более высоких энергетических уровнях свободно. Предполагается, что уровень Ферми находится достаточно далеко от краев делокализо-ванных состояний или валентной зоны и составляющая тока, вызванная движением носителей через делокализованные состояния, ничтожно мала. Поскольку число имеющихся свободных электронов значительно ниже, чем у обычных металлов, уровень Ферми находится так глубоко, что эффективная работа Выхода имеет большую величину. К сплаву Бг-Се-В скорее применима модель зонной структуры полуметалла [46], а не полупроводника. С этой точки зрения представляет интерес тот факт, что составляющие сплав элементы принадлежат к металлоидной группе.
В отношении свойств аморфного сплава Бг-Се-В, находящегося в контакте с монокристаллическим кремнием, следует отметить следующее. Несмотря на то что суть происходящих физических процессов заключается в прыжках переменной протяженности, сплав, тем не менее, ведет себя как металл, поскольку электронные переходы осуществляются по локализованным состояниям. Тот факт, что зонная структура сплава подобна зонной структуре металлов, является доказательством перекрытия зон Хаббарда [1], обусловленного высокой плотностью состояний. Это отличительное свойство аморфного сплава успешно использовано в недавно разработанных быстродействующих силовых диодах с малыми потерями. Подробные сведения о диодах приводятся в следующем разделе.
6.3.3. Применение сплава в быстродействующих диодах с малыми потерями
Тенденции в развитии силовых диодов
Как диоды с р-л-переходом, так и диоды с барьером Шоттки (ДШ) широко используются в качестве выпрямителей в силовой электрони-. ке. Однако их применение отчасти ограничено в связи с присущими им недостатками: высокие потери мощности и малая скорость переключения в диодах с р-л-переходом, низкое напряжение пробоя и большой ток утечки в ДШ. Этим объясняется необходимость улучшения их характеристик.
Для предотвращения пробоя перехода в диоде с р-и-переходом либо р-область, либо л-область слегка легируют примесями. Следовательно, для хорошего омического контакта между слаболегированной областью и металлическим проводником должен вводиться сильнолегированный
пой того же типа проводимости. Однако переход между высоко- и низколегированными слоями создает потенциальный барьер для неосновных носителей в условиях прямого смещения. В результате требуется несколько более высокое прямое напряжение. Кроме того, скорость переключения снижается в результате большого количества неосновных носителей, скопившихся у ненужного барьера.
В соответствии с общепринятой концепцией в ДШ следует избегать инжекции неосновных носителей, чтобы не увеличивать время обратного переключения. Поэтому должен использоваться кремниевый слой с относительно низким сопротивлением, иначе на этом слое возникает большое падение напряжения. Однако это неизбежно приводит к низкому напряжению пробоя, а также к большой емкости перехода, повышающей инерционность прибора.
Авторы настоящей статьи разработали новую структуру контактного слоя вместо сильнолегированного в обычных диодах с р-л-переходом. Этот контактный слой состоит из сильнолегированных р+ и л+-областей в мозаичном, расположении и в дальнейшем именуется универсальным контактом (УК). Диод с р-л-переходом, оснащенный таким контактом, называется диодом с малыми потерями (ДМП). На рис. 6.3.7, а показана энергетическая диаграмма для ДМП, в котором р-л-переход образован между сильнолегированным л-слоем и слаболегированным р-слоем, который оканчивается УК. У условиях прямого смещения электроны поглощаются л+-областъю УК, а дырки поставляются из р+-областей. В связи с тем, что неосновные носители, в данном случае электроны, с одной стороны, не допускаются в этот контакт и, с другой стороны, не накапливаются в излишнем количестве в слаболегированном слое, прямое напряжение и время обратного переключения одновременно уменьшаются.
