Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 6.3.7. Диаграммы энергетических зон для диода ДМП (с малыми потерями) с универсальным контактом (а), для диода со структурой а-р-л* (б) и диода со структурой а-л-л* (в). Аморфный контакт поглощает неосновные носители в случае б и эмиттирует их в случае в [ 35 ]: I - р*п* в мозаичном расположении; УК - универсальный контакт
Ф„=0,8эВ
%8эвЛ %ЗЖ
Фп'О.взвЛ \^-О
313
312
Для решения проблем с применением ДШ обычно используемые в них металлы (Al, Ni, Au, Сг) были заменены металлами Шоттки, выделяющими неосновные носители. Диод с таким контактным металлом получил название биполярный диод Шоттки (БДШ). В этом диоде может использоваться слой кремния с относительно низким сопротивлением, так как эмиссия неосновных носителей из контактного металла вызывает модуляцию проводимости и предотвращает большое падение напряжения на слое кремния. Таким образом может быть достигнуто высокое напряжение пробоя (> 200 В). Более того, когда высота контактного барьера выбрана правильно, даже небольшое количество неосновных носителей может вызвать достаточную модуляцию проводимости. В этом случае время обратного переключения меньше времени обычных ДШ благодаря большому снижению барьерной емкости.
Было установлено, что оптимальная высота барьера для неосновных носителей в БДШ должна находиться в пределах 0,2-0,35 эВ. Помимо этого металлы, обеспечивающие такую малую величину барьера для неосновных носителей, могут служить заменой для УК. Наряду с тем, что УК представляет собой наилучший вариант омического контакта, применимого к полупроводникам как р-, так и и-типа, простая контактная структура, создаваемая соответствующим металлом, является большим достижением в технологии производства приборов. Диод с р-и-переходом, содержащий слаболегированный слой в контакте с таким металлом, получил название квазидиод с малыми потерями (КДМП).
Как показано во второй части раздела 6.3.2, аморфный сплав Si-Ge-В в контакте с кремнием обеспечивает высоту барьера для электронов Фп 0,8 эВ и высоту барьера для дырок ФЛ около 0,3 эВ. Это означает, что свойства аморфного сплава Si Ge В могут быть реализованы как в КДМП, так и в БДШ. Предполагаемые диаграммы энергетических зон для этих приборов показаны на рис. 6.3.7, б ив. Эксперименты по применению аморфного сплава Si-Ge В описаны ниже.
Структуры приборов и их изготовление
На рис. 6.3.8 приведены структуры изготовленных и исследованных приборов. Первые два выпрямляющих диода — КДМП (а) и БДШ (б) изготовлены с использованием р-слоя на и+-слое и и-слоя на и+-слое соответственно, выращенных эпитаксиально на кремниевых подложках. Прибор в представляет собой транзистор с вертикальной структурой. Для этого прибора использовались эпитаксиальные слои п ир+ на кремниевой подложке. Такая структура, далее именуемая а-и-р-транзистор, предназначена для исследования инжекции дырок из аморфного сплава Si-Ge В и монокристаллический кремний и-типа на а-и-контакте.
В табл. 6.3.1 приведены характеристики трех типов эпитаксиальных структур на монокристаллической кремниевой подложке с ориентацией (111). Эти структуры использовались в соответствующих приборах, описанных выше.
?Ir' Р п V
у" \ П*
(р'-р-гґ) (р*-п-п+)
г
Рис. 6.3.8. Структуры исследованных приборов: а - а-р-л+-диод; б - а-л-л+-диод; в - а-л-р-тран-зистор; г - контрольные диоды с р-л-переходом со структурами р*-р-п* и р*-п-п + 135]: 1 - эмиттер; 2 - база; 3 - коллектор
Для КДМП, обозначенного а-р-и+-диод, эпитаксиальные слои р' на п+ сначала подвергались мезатравлению с целью изоляции отдельных диодов. Затем для получения слоя диоксида кремния толщиной 4000 А проводилось окисление при 1100 °С. Для БДШ, обозначенного как а-и-и+-диод, первой стадией изготовления было термическое окисление, за которым следовало образование селективно легированных диффузией бора областей р+-типа с поверхностной концентрацией бора 5 • 1018 см-3 и глубиной 1 мкм. Эти легированные области окружали активные области. Для создания слоя с хорошим омическим контактом с обратной стороны подложки обоих диодов диффузионным путем наносился фосфор. После того, как на диоксиде кремния были выделены для активных ббластей квадратные окошки 5x5 мм , наносился аморфный сплав Бг-Се-В при следующих соотношениях расходов реагирующих газов: СеН4/(81Н4 + СеН4) - 2 ¦ 10"2 и В2Н6/(8Ш4 + + СеН4) = I • 10~2. Далее проводилось последовательное напыление слоя алюминия толщиной 500 А и никеля толщиной 3000 А. После создания металлических электродов обычным фотолитографическим способом аморфный сплав стравливался в плазме в смеси газов тетрафторид уг-
Таблица 6.3.1. Характеристики используемых
эпитаксиальных кремниевых структур
Структурный Прибор
элемент а-р-и +-диод a-fi-fi +-диод а-л-р-транзистор
Эпитаксиальньш слой Подложка р-Тип, 15 Ом • см, 17 мкм л-Тип, 0,01 Ом • см л-Тип, 5 Ом • см, 17 мкм л-Тип, 0,01 Ом • см л-Тип, 2 Ом • см, 5 мкм р-Тип, 0,01 Ом • см
315
314
лерода (СР4) + кислород (02), причем металлические электроды выполняли роль маски. Алюминий и никель также напылялись на тыльную поверхность подложки. Затем подложка отжигалась в атмосфере водорода при 400 °С в течение 20 мин. В итоге отдельные диоды были разделены и собраны в металлические корпуса.
