Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
от 450 до 650 °С. Измерения высоты барьера методами вольт-амперных и
вольт-фарадных характеристик приводят к аналогичному результату.
Очевидно, что когда достигается эвтектическая температура системы А1-Si
(~580 °С), структура контакта должна суще-етвенно измениться. После
отжига при температуре выше эвтек-
Т, °С
Рис. 27. Зависимость тока от температуры в координатах, используемых для
определения высоты барьера [47].
Контакты металл - полупроводник
299
тической точка пересечения прямых на рис. 27 с осью ординат смещается,
что соответствует двукратному увеличению электрически активной области
диода А1-Si.
Метод вольт-фарадной характеристики. Если к постоянному напряжению
смещения добавить слабое переменное, то на поверхности металла и в
полупроводнике будут индуцироваться дополнительные переменные заряды
противоположных знаков. Соотношение между С и V представляется формулой
(9). На рис. 28 приведены типичные зависимости 1/С2 от приложенного
напряжения. Найдя точку пересечения экстраполирующей прямой с осью
напряжений, можно определить высоту барьера [31, 34]:
фв" = V, + Vn + - Дф, (85)
где Vi - точка пересечения с осью напряжений, a qVn - разность энергий
между уровнем Ферми и дном зоны проводимости в полупроводнике, которую
можно вычислить, если известна концентрация легирующей примеси. Последнюю
в свою очередь можно найти из тангенса угла наклона рассматриваемой
зависимости (формула (10в)). (Этот метод можно использовать также для
определения профиля легирования эпитаксиальных слоев.)
Н
4 1Z
to
8
;vC:
tq
5
б
м
ч"
Z
W-Si
6 IV-fiaAs
Пересе- чение 1
t ¦ J
/ г
V, 3
3
ч с; $ '1 j
Рис. 28. Зависимость 1/С2 от приложенного напряжения для диодов W и W -
GaAs [31].
- Si
300
Глава 5
Рис. 29. Полупроводник с одним мелким и одним глубоким донорными уров"
ними. Nd и Nj - концентрации соответственно мелких и глубоких доноров
[35].
Метод вольт-фарадной характеристики может быть использован для изучения
глубоких примесных уровней. На рис. 29 показан полупроводник с одним
мелким и одним глубоким донорными уровнями [35 ]. При соответствующем
изгибе зон все глубокие примеси с энергией выше уровня Ферми
ионизированы, что приводит к более высокой плотности пространственного
заряда вблизи поверхности. Если на постоянное напряжение смещения
наложено слабое переменное и если заполнение глубоких примесных центров
успевает следовать за этим сигналом, то примесные центры дадут
дополнительный вклад dNtdV в емкость. На рис 30 приведена зависимость
1/С2 от V при разных частотах. Низкочастотные зависимости можно
использовать для изучения свойств глубоких примесей. Для определения
высоты барьера в полупроводнике g одним мелким и одним глубоким
примесными уровнями (рис. 29) надо получить вольт-фарадную характеристику
при двух различных температурах [39].
Фотоэлектрический метод. Этот метод является прямым и самым точным
методом определения высоты барьера [36]. Прин-
Контакты металл - полупроводник
301
Высоко частотный предел
0
0,5 0 ~0,5 -1,0 ~/,5
Напряжение смещения, В Рис. 30. Зависимость l/С? от напряжения при разных
частотах [35].
ципиальная схема эксперимента показана на рис. 31. Когда образец
освещается со стороны металла монохроматическим светом с энергией hv >
qq)Bn> в металле возбуждаются электроны с энергией, достаточной для
преодоления барьера - процесс (/). Если при этом hv > Eg, а пленка
металла достаточно тонкая, то свет, частично проходящий через нее,
генерирует электронно-дыр очные пары и в полупроводнике - процесс (2).
При освещении образца со стороны подложки также возможно возбуждение
электронов в металле с энергией, достаточной для преодоления
потенциального барьера, т. е. с hv >• qq)Bn- процесс (1). Однако, когда
hv >• Eg> свет будет сильно поглощаться вблизи тыловой поверхности
полупроводника и вероятность того, что генерированные здесь электр он но-
дыр очные пары достигнут границы раздела металл - полупроводник, очень
мала.
В теории Фаулера [37 ] зависимость квантового выхода R от энергии фотона
hv выражается формулой
VEs - hv I 2
е-2х е Зх -1". -4- ¦
)
4 " 9
При X ^ 0,
(86)
где hv0 = <7<рВп - высота барьера, Es - сумма hv0 и энергии Ферми,
отсчитанной от дна зоны проводимости металла, х = h (v-
Глава 5
Ф
а
5
Рис, 31. Принципиальная схема установки для фотоэлектрических измерений
(а) и энергетическая диаграмма процессов фотовозбуждения (б).
Vb)/kT. При условии, что Ев > и х ;> 3, вместо выражения (86) можно
использовать упрощенные выражения
R ~ (hv - /iv0)2 при h (v - v0) ;> 3kT, (86a)
или
¦j/* R~h(v - v0). (866)
Построив зависимость корня квадратного из фотоотклика от энергии фотона,
получим прямую линию. Экстраполируя эту прямую на ось энергий, сразу
получим высоту энергетического барьера. На рис. 32 показана зависимость
фотоотклика диодов W-Si и W-GaAs от энергии фотона. Видно,
что высота барьера
