АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
НПО «ФИЗИКА-СОЛНЦЕ» им. С.А. АЗИМОВА
ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. С.В. СТАРОДУБЦЕВА
На правах рукописи
УДК 621,315,592; 539.2
ХАЖИЕВ МАРДОНБЕК УЛУГБЕКОВИЧ
«ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГЕРМАНИЯ И ПОВЕРХНОСТНЫХ
СОСТОЯНИЙ НА СВОЙСТВА ПЕРЕХОДОВ МЕТАЛЛ - Si
1-x
Ge
x
,
НА ОСНОВЕ Al, Au, Ni и Ti»
01.04.10 - физика полупроводников
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
диссертации на соискание ученой степени
кандидата физико-математических наук
Ташкент 2010
Работа выполнена в Физико-техническом институте имени С.В.Стародубцева
Академии наук Республики Узбекистан
Научный руководитель:
кандидат физико-математических наук,
Матчанов Нураддин Азадович
Официальные оппоненты:
Доктор физико-математических наук, профессор
Лейдерман Ада Юльевна
Доктор физико-математических наук, профессор
Зикриллаев Нурулло Фатхуллаевич
Ведущая организация:
Национальный университет Узбекистана
Защита состоится «___»_________2010 г. в _____ часов на заседании Объединен
ного специального совета Д 015.08.01 при Физико-техническом институте имени
С.В.Стародубцева АН РУз по адресу: Ташкент, ул. Бодомзор йули 2 Б.
Тел.: (+998 71) 233-12-71
Факс: (+998 71) 235-42-91. e-mail:
Karimov@uzsci.net
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФТИ АН РУз и Фундамен
тальной библиотеке АН РУз.
Автореферат разослан «___»_______2010 г.
Учёный секретарь
специализированного совета,
д.ф.-м.н. профессор
Каримов А.В.
2
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность работы.
Как известно, на основе переходов металл - полу
проводник (МП) и металл–диэлектрик–полупроводник (МДП) создаются современ
ные микросхемы и электронные компоненты. В таких МП и МДП структурах, со
стояние поверхности полупроводника, его однородность и фазовый состав играют
определяющую роль в формировании контактов.
В настоящее время, в исследовательских работах проявляется большой ин
терес к объёмным кристаллам Si
1-x
Ge
x
, вызванный возможностью изготовления бо
лее совершенных приборов на их основе. Такие преимущества как быстродействие,
низкий уровень шумов, радиационная стабильность и т.п., сплава Si
1-x
Ge
x
по сравне
нию с кремниевыми аналогам дали толчок исследованию возможностей изготовле
ния приборов в ядерной спектрометрии как в качестве детекторов ядерного излуче
ния [1], так и в качестве датчиков тепловых нейтронов [2], и в рентгеновской ди
фрактометрии [3]. Очень эффективны, по мнению авторов [4], Si
1-x
Ge
x
высокотемпе
ратурные термоэлементы. Кроме этого, многие электрофизические характеристики
материала, важные для изготовления пленочных полупроводниковых структур,
определяются экспериментально в объёмных кристаллах сплава Si
1-x
Ge
x
. Объёмные
поли- и моно - кристаллы твердых растворов Si
1-x
Ge
x
дают возможность проводить
фундаментальные исследования во всем интервале составов, так как объемные мо
нокристаллы твердых растворов хорошего качества получены только для системы
Si
1-x
Ge
x
. В связи с этим, задача - получение и исследование свойств объёмных кри
сталлов сплава Si
1-x
Ge
x
и приборных структур на их основе является актуальной.
Известно что, Si
1-x
Ge
x
полупроводниковые напряженные слои, выращенные
методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), в настоящее время стали полу чать
весьма широкое распространение в качестве материалов для изготовления
СВЧ-приборов и интегральных микросхем. В литературе имеются многочисленные
работы, посвященные изучению свойств полупроводниковых напряженных слоёв,
выращенных методом МЛЭ и барьеров Шоттки (БШ) на основе М-(МЛЭ)Si
1-x
Ge
x
[5,6]. Авторы работы [5] исследовали влияние содержания германия на высоту этого
барьера и пришли к выводу, что в М-(МЛЭ)Si
1-x
Ge
x
структурах высота энергетиче
ского барьера БШ Ir-Si
1-x
Ge, Pt- Si
1-x
Ge, Pd-Si
1-x
Ge и Fe-Si
1-x
Ge уменьшается с ростом
содержания германия в сплаве в интервале составов 0<x<0,25, и изменяется от 0.69
эВ до 0.54 эВ. Однако, в литературе отсутствует информация по исследованиям БШ
на основе объемных твердых растворов Si
1-x
Ge
x
.
Ранее [1] была показана возможность изготовления детекторов ядерного из лучения с
БШ Au-i-Si
1-x
Ge
x
на основе объёмных твердых растворов Si
1-x
Ge (0<x<0,1), которые
имеют скорость счета бета частиц в 3 раза большую, чем их кремниевые аналоги.
При этом компенсированный литием полупроводниковый ма териал должен обладать
высокой степенью компенсации и достаточно большим временем жизни носителей,
чтобы на основе этого материала можно было изгото вить p-i-n детекторы. Высота
энергетического барьера в этих структурах была ~1эВ. Предполагалось, что такая
высота может быть связана с пассивацией поверхностных состояний. Следует
отметить, что наивысшая высота барьера ~0,8÷0,97 эВ на n и p Si, получены
авторами работы [7] на поверхностно- барьерных детекторах. Анализ
3
литературы показал, что информация по БШ Au-Si
1-x
Ge
x
на основе объемных кри
сталлов Si
1-x
Ge
x
, выращенных другими способами, отсутствует.
Известно, что различные химические или физические обработки применяют
ся, для сглаживания микрорельефа поверхности, уменьшения или увеличения кон
центрации поверхностных состояний N
ss
, изменения спектра состояний N
ss
в запре
щенной зоне и управления другими свойствами поверхности. В связи с этим работа,
посвященная исследованию влияния содержания германия и поверхностных состоя
ний, формируемых химической обработкой, на свойства металл-Si
1-x
Ge
x
переходов
является
актуальной.
Степень изученности проблемы.
В последние годы были опубликованы
многочисленные статьи, посвященные исследованию БШ М-Si
1-x
Ge
x
на пленках
твердых растворов кремний-германий выращенных МЛЭ. Свойства этих БШ сильно
отличаются от свойств БШ, изготовленных на основе массивных кристаллов Si
1-
x
Ge
x
. Например, величина высоты барьера Au-Si
1-x
Ge
x
(~0.9÷1 эВ), даже при близких
к кремнию составах сильно отличается от Au-Si (~0.7÷0.85 эВ, [8]).
Ранее, при исследовании контактов металл Au - полупроводник на основе
твердых растворов кремний-германий, было установлено, что обогащение поверх
ности твердого раствора германием приводит к уменьшению концентрации поверх
ностных состояний (разумеется, при прочих равных условиях, так как это также
сильно зависело от обработки поверхности). Очевидно, что наблюдаемый эффект
уменьшения концентрации поверхностных состояний в твердых растворах не может
наблюдаться для любых металлов. В частности, взаимодействие металлов с поверх
ностью полупроводника при температуре формирования контактов (при вакуумном
термическом напылении контактов температура подложки достигает 300÷400
0
С)
может существенно изменить свойства поверхности.
Настоящая работа посвящена исследованию влияния различных химических
обработок поверхности и содержания германия на свойства и характеристики кон
тактов M-Si
1-х
Ge
х
. Причем для уточнения факторов, влияющих на высоту барьера,
здесь будут использованы различные металлы (золото, алюминий, титан и никель)
для изготовления переходов М-Si
1-х
Ge
х
.
Несмотря на перспективность твердых растворов Si
1-х
Ge
х
, подробные иссле
дования
влияния содержания Ge на свойства контактов на основе объемных твердых
растворов Si
1-х
Ge
х
не проводились.
Связь диссертационной работы с тематическими планами НИР.
Работа
выполнена в рамках фундаментальных исследований ФТИ АН РУз по проектам:
ФПФИ №30-06 "Исследование влияния содержания германия на свойства барьеров
Шоттки на основе твердых растворов Si
1-x
Ge
x
", № Ф.2-1-75 "Исследование физиче
ских основ технологии получения радиационно-стойких полупроводниковых мате
риалов на основе сплава Si
1-x
Ge
x
и карбида кремния для изготовления полупровод
никовых приборов" и ФА-Ф2-(Ф030+Ф096) «Выращивание твердых растворов на
основе ZnS, ZnSe,ZnTe, GaSb, SiGe, SiC и их фотоэлектрические и люминесцентные
свойства».
4
Цель исследования.
Основной целью настоящей работы является исследо
вание свойств контактов металл-Si
1-x
Ge
x
в зависимости от типа металлов, с учетом
содержания германия и поверхностных состояний в объемных твердых растворах
Si
1-x
Ge
x
.
Задачи исследования.
1. Выращивание методом зонной плавки и исследование электрофизических пара
метров монокристаллов твердых растворов Si
1-x
Ge
x
;
2. Исследование контактов Au-Si
1-x
Ge
x
, полученных на высокоомных кристаллах
компенсированных золотом;.
3. Разработка технологии и изготовление контактов М-Si
1-x
Ge
x
на основе Si
1-x
Ge
x
,
используя благородные (Au) и неблагородные (Al, Ni, Ti) металлы; 4. Измерение
вольтамперных, вольтемкостных, спектральных и других характери стик контактов
металл-Si
1-x
Ge
x
на основе Si
1-x
Ge
x
;
5. Изучение влияния содержания германия и различных технологических режимов
обработки поверхности на свойства контактов металл-Si
1-x
Ge
x
на основе Si
1-x
Ge
x
.
Объект и предмет исследования
: объектом исследования являются Si
1-х
Ge
х
монокристаллы и контакты М-Si
1-x
Ge
x
, на основе Al, Au, Ni и Ti. Предметом иссле
дования является изучение механизмов формирования барьера с учетом содержания
Ge и поверхностных состояний в контактах М-Si
1-x
Ge
x
.
Методы исследований.
В диссертационной работе использованы следую
щие методы исследования: для выращивания кристаллов была использована уста
новка электронно-лучевой бестигельной зонной плавки, рентгеновский микроана
лиз, метод модуляции проводимости, методы измерения вольтамперных, вольтем
костных и спектральных характеристик, стандартные электрофизические и фото
электрические методы, такие как: однозондовый и четырёхзондовый методы, метод
Ван-Дер Пау, Холл эффект и др.
Гипотеза исследования.
Высота барьера, определяется работой выхода,
сродством к электрону и другими характеристиками материалов, а также поверх
ностными состояниями. Поверхностные состояния, в свою очередь, зависят не толь
ко от характера химической обработки поверхности, но и от взаимодействия атомов
металла с полупроводником, которое существенно зависит от содержания германия
в сплаве. Таким образом, сочетая химическую обработку и управление составом Si
1-
x
Ge
x
монокристалла, можно в широких пределах управлять высотой потенциального
барьера контакта металл-полупроводник.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Особенности технологии получения монокристаллов Si
1-x
Ge
x
с диаметром ~10 мм
и содержанием германия до 35 aт.%, достаточно повышенным временем жизни не
основных носителей и низкой плотностью дислокаций. Показано, что атомы Ge в
кристаллах Si
1-x
Ge
x
распределены равномерно и нет включений второй фазы.
2. Зависимости высоты БШ на основе Au и Al от состава твёрдого раствора. Она
резко меняется при малых составах (x<0.02), а затем практически остается неиз
менной.
5
3. Особенности электрофизических свойств контактов Ni-Si
1-x
Ge
x
, которые не опи
сываются известными выражениями для ВАХ и ВЕХ барьеров Шоттки, из-за про
межуточного слоя (германида никеля).
4. Корреляция высоты барьера Металл(Au, Al и Ti )-Si
1-x
Ge
x
(
изготовленных на по
верхности твердого раствора с различной плотностью поверхностных состояний) с
плотностью поверхностных состояний и содержанием германия.
Научная новизна:
1.Выращены однородные монокристаллы сплава Si
1-x
Ge
x
методом электронно
лучевой бестигельной зонной плавкой (БЗП) с низкой плотностью дислокаций
(~10
2
÷
10
4
cм
-2
) и с высоким временем жизни (~600 мкс) неосновных носителей.
2.Впервые получены данные по контактам металл-Si
1-x
Ge
x
на основе золота, алюми
ния, титана и никеля изготовленных на поверхности объемных монокристаллов
твердых растворов Si
1-x
Ge
x
с различной плотностью поверхностных состояний.
3.Впервые исследовано влияние различных химических обработок поверхности
твердого раствора на свойства контактов металл-Si
1-x
Ge
x
, полученных термиче ским
напылением в вакууме при температуре подложки 300
÷
400
°
С.
Научная и
практическая значимость результатов исследования.
Полу ченные в работе
экспериментальные результаты по получению БШ М-Si
1-x
Ge
x
на основе объемных
твердых растворов Si
1-x
Ge
x
, по влиянию содержанию германия на пассивацию
поверхностных состояний представляют интерес для физики полупро водниковых
твердых растворов. Полученные данные по влиянию содержания гер мания на
высоту БШ М-Si
1-x
Ge
x
и др. могут быть использованы при изготовлении
полупроводниковых приборов, в частности детекторов ИК и ядерного излучения на
основе сплава кремний-германий.
Реализация результатов.
Часть полученных результатов использована при
выполнении исследований радиационной стойкости и электрофизических свойств
приборов на основе сплава Si
1-х
Ge
х
облученных нейтронами, электронами и
рентгеновскими квантами.
Апробация работы.
Результаты работы были апробированы на республи
канских и международных конференциях: “International Conference on Magnetic and
Superconducting Materials-MSM07”, 25
th
-30
th
September, (Khiva,Uzbekistan,2007),
“Фундаментальные и прикладные вопросы физики» (Ташкент, 2003), «Материалы
конференции молодых учёных посвященной 60-летию Академии наук республики
Узбекистан» декабрь (Ташкент, 2003), «Наука Каракалпакстана: вчера, сегодня, зав
тра», 19-20 ноябрь (Нукус, 2009) и объединенном семинаре Специализированного
совета при ФТИ АН РУз.
Опубликованность результатов
По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, из них 6 статьей
и 6 тезисов. Опубликованные материалы полностью отражают основное содержание
работы.
Структура и объём диссертации.
Диссертационная работа состоит из вве
дения, четырех глав, заключения, списка опубликованных работ и списка цитируе
мой литературы. Общий объем диссертации 120 страниц машинописного текста, 39
рисунков, 2 таблицы, список литературы из 119 наименований.
6
2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении
обоснована актуальность работы и научная новизна проведён
ных исследований, сформулированы её цель и задача, приведены основные положе
ния, выдвигаемые на защиту.
В первой главе, литературном обзоре,
рассмотрены особенности получе
ния твердых растворов Si
1-x
Ge
x
различными методами, описана технология выращи
вания монокристаллов методом электронно-лучевой БЗП. Приведены основные
электрофизические свойства, описаны приборные структуры и БШ на основе Si
1-
х
Ge
х
. Показано, что существует значительный пробел в экспериментальных данных
по контактам металл- Si
1-х
Ge
х
. Сформулированы задачи диссертации.
Во второй главе
описана технология выращивания монокристаллов мето
дом электронной -лучевой БЗП. Монокристаллические слитки чистого Si и Si
1-х
Ge
х
выращивались от затравок из монокристаллического кремния с ориентацией <111>
со скоростью роста ~0.5·10
-4
÷
0.8·10
-4
см/сек. При этом скорость вращения нижнего
штока составляла ~3.5·10
-2
об/сек.
Как известно, для получения бесдислокационных кристаллов необходимо
применять повышенные скорости роста. Увеличивая скорость роста, мы снижали
плотность дислокаций в монокристалле. Однако, в случае выращивания монокри
сталла твердого раствора скорость роста лимитируется согласно выражению [9]:
D G
f f
l T
≤
=
, (1)
crit
(
−
) /
C C dC dT
l s l
здесь f - скорость роста, D
l
- коэффициент диффузии Ge в жидкой фазе, C
l,s
-
содержание Ge в жидкой и твердой фазах, G
т
=dT/dx градиент температуры у фронта
кристаллизации.
Таким образом, из-за ограничения скорости роста, получение бездислокаци онных
монокристаллов Si
1-х
Ge
х
с большим содержанием германия практически не
возможно. Исследовано распределение удельного сопротивления и времени жизни
не основных носителей тока в твердых растворах Si
1-х
Ge
х
. Для выращивания были ис
пользованы материалы: Ge марки ГДГ с
ρ
~0,1
÷
40 Ом
⋅
см (собственное
ρ
Ge ~46
Ом
⋅
см при 20
o
С), Si марки КДБ (КЭФ) с различными
ρ
~0,1
÷
1 кОм (собственное
ρ
~260 кОм
⋅
см при 20
o
С), а также, заготовки и затравочные монокристаллы (Si и Ge)
высокого качества, предоставленные Институтом роста кристаллов (IKZ, Берлин,
Германия). Показано, что в исследованных кристаллах снижение сопротивления
связано с фоновыми примесями в германии, а не в кремнии. Время жизни неоснов
ных носителей тока в твердом растворе растет с увеличением содержания Ge из-за
снижения температуры жидкой фазы, в результате чего падает растворимость фоно
вых глубоких примесей, которые определяют время жизни носителей тока.
В данной главе, также приведены параметры выращенных кристаллов. На
основе данных рентгеновских лауэграмм и рентгеновского микроанализа сделан вы
вод о достаточно высоком структурном совершенстве монокристаллов и об отсут
ствии включений второй фазы.
7
В главе 3
исследованы ВАХ, ВЕХ контактов M-Si
1-х
Ge
х
(М-Au, Al, Ti, Ni).
Описана технология изготовления структур: после стандартной механической и хи
мической обработки монокристаллические шайбы Si
1-х
Ge
х
подвергались специаль
ной химической обработке. Для получения поверхности с относительно малой кон
центрацией
поверхностных
состояний,
кристаллы
травились
в
смеси
НF:HNO
3
:CH
3
COOH (1:3:1) при температуре ~30
0
С, в течении 5 минут при активном
перемешивании (1 тип химической обработки) [10].
Для получения поверхности с увеличенной концентрацией поверхностных
состояний кристаллы травились в смеси НF:HNO
3
:CH
3
COOH (1:3:1) при температу
ре ~70
0
С в течении 5 минут (2 тип химической обработки). Металлические пленки
на поверхность Si
1-х
Ge
х
образцов наносились спосо бом термического напыления в
вакууме 10
-5
÷
10
-7
Торр., на стандартной установке
ВУП-4. Температура подложки при напылении контактов была около 300
÷
400°С.
Для оценки влияния высокого удельного сопротивления на высоту БШ были
исследованы БШ Au-Si
1-х
Ge
х
, изготовленные на основе высокоомного твердого рас
твора, полученного путем компенсации глубокой примесью золота. Компенсация
исходных р-образцов производилась путем диффузии в течении 1 часа при темпера
турах 850°С, 900°С, 950°С, 1000°С, 1050°С и 1100°С с последующей закалкой путем
сброса в масло (
~
10
3
град/сек) и на свободную поверхность (
~
10
2
град/сек). Показа но,
что оптимальной температурой процесса для достижения высокой компенсации
образцов сплава золотом является интервал 1000
÷
1050
o
С.
Высота барьера на образцах Au-Si
1-х
Ge
х
<Au>, составила около 0,75 эВ, что
значительно ниже, чем в БШ на основе высокоомного Au-Si
1-х
Ge
х
<Li>. Таким обра
зом, можно предположить, что величина удельного сопротивления материала незна
чительно влияет на высоту БШ.
Исследованы обратные вольтамперные характеристики M-Si
1-х
Ge
х
структур
на основе сильно компенсированных твердых растворов Si
1-х
Ge
х
. Известно, что
обратный ток для структур с большим размером обедненной области W:
⎪
⎬⎫
L
⎪
⎨
⎧⎥
⎦⎤
L
p
⎢
⎣⎡
L W
⎜
⎝⎛
eU
⎞
⎥
⎦⎤
I q n
n
i
⎢
⎣
⎡⎟ −
i
= + +
2 1
−
exp(
−
) exp 1
p
p
n
n
i
*
−
τ τ τ
, (2)
⎪⎩
n
p
i
L
i
⎪⎭
kT
⎠
Здесь n
p
-концентрация электронов в p области, p
n
-концентрация дырок в n области,
n
i
-собственная концентрация носителей, L
n
, L
p
,L
i
– диффузионная длина носителей в
n, p и i областях, соответственно (
L
=
D
τ
, D- коэффициент диффузии носителей).
τ
n
,
τ
p
,и
τ
i
время жизни основных носителей. U - величина напряжения обратного
смещения. Используя известное соотношение Эйнштейна
,
=
μ
,
,
μ
-подвижность
носителей тока) и полагая, что поверхностно - ге
(
D kT e
n p n p
/
нерационный ток имеет пороговый характер и не зависит от напряжения, получено
выражение для обратного тока:
1/ 2
⎥
⎥
⎦⎤
total g s i
N Nk T V
I I qn
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠⎞ ⎜
⎜
⎝
⎛⎥
⎦⎤
D
1 2 ( )
⎢
⎣
⎡
−−
+
ε ϕ
i
s b n R
= +
− −
2 1 exp
a d
,
τ τ
, (3)
D
i i i
8
где,
ε
-диэлектрическая проницаемость, φ величина барьера, N концентрации доно
ров и акцепторов, V
R
- приложенное обратное напряжение. По результатам компью
терной обработки экспериментальных данных согласно выражению (3) оценено
время жизни и степень компенсации (величина N
d
-N
a
) для сильнокомпенсированных
твердых растворов Si
1-x
Ge
x
<Li>.
Исследованы ВАХ контактов Au-Si
1-х
Ge
х
и Al-Si
1-х
Ge
х
на основе низкоомно го
твердого раствора. Результаты показывают хорошие параметры Шоттки перехо да, с
достаточно малыми токами утечки. Фактор неидеальности изменяется от 1 до 2,
высота барьера по данным прямой ВАХ меняется от 0,55 до 0,80 эВ.
Зависимость высоты барьера исследованных структур от содержания Ge
оцененные по данным ВАХ и ВЕХ представлены на рисунках 1 и 2. По данным ВАХ
высота БШ на основе Au, Al резко растет при малых составах, а затем практически
остается неизменной (рис.1).
Измерения ВЕХ показали, что высота барьера коррелирует не только с со
держанием германия, но и с концентрацией поверхностных состояний (управляемой
химической обработкой поверхности). Например, для контактов Al-р-Si
1-х
Ge
х
, по
верхность которых была подвергнута обработке 2, ВЕХ давала величину барьера
Е
b
~0,90
÷
0,95 эВ. А для образцов, поверхность которых была подвергнута обработке
1, давала величину Е
b
~0,25
÷
0,50 эВ. Образцы Au-n-Si
1-х
Ge
х
(обработка 1), по данным
обратной ВЕХ имели высоту барьера 0,7
÷
0,85 эВ. А образцы, подвергнутые обра
ботке 2, имели практически линейную ВАХ и барьер почти отсутствовал. Хорошо
известно, что поверхностные состояния, внося вклад в емкость структур, искажают
вид зависимости 1/С
2
(V
обр
) и могут дать завышенные или заниженные значения вы
соты барьера.
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5
0,4 0,3 0,2 0,1
E
Б
,эВ
x,ат.% Ge
-1-Ti(обработка 1)
-2-Al(обработка 2)
-3-Au(обработка 1)
-4-Al(обработка 1)
0,0
0 1 2 3 4 5 6 7
1-Ti (обработка 1) 3-Au
(обработка 1)
2-Al (обработка 2) 4-Al
(обработка 1)
Рис. 1. Высота барьера Ti-Si
1-x
Ge
x
от содержания
Ge в сплаве по данным прямой ВАХ.
9
1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5
0,4 0,3 0,2 0,1 0,0
E
Б
,эВ
1-Al(Обработка 2)
2-Al(Обработка 1)
3-Au(Обработка 1)
4-Ti(Обработка 1)
ат.%Ge
0 2 4 6 8 10 12 14
1- Al (обработка 2) 3- Au
(обработка 1) 2- Al (обработка
1) 4- Ti (обработка 1)
Рис. 2. Высота БШ Au-Si
1-x
Ge
x
и Al-Si
1-x
Ge
x
от содержания
Ge в сплаве по данным ВЕХ.
Измерения спектральной зависимости фототока при комнатной температуре
показали, что образцы Al-р-Si
1-х
Ge
х
(обработка 2) из-за большой концентрации по
верхностных состояний проявляют чувствительность при h
ν
>1,0эВ.
Полученные данные согласуются с данными, полученными ранее в диссер
тации Матчанова Н.А. по барьерам Au-Si
1-х
Ge
х
<Li>, и подтверждают вывод о пасси
вации поверхности твердого раствора за счет обогащения поверхности кристалла
атомами германия. Вместе с тем, практически малое изменение высоты барьера от
состава сплава в интервале свыше 2 ат.% Ge и резкое изменение при малых содер
жаниях германия говорит о том, что механизм формирования барьера намного
сложнее, чем простая модель с пассивированными поверхностными состояниями. В
случае контактов Ti-Si
1-х
Ge
х
по данным ВАХ наблюдается монотонный рост вели
чины барьера с ростом содержания германия, тогда как для Ni-Si
1-х
Ge
х
величину ба
рьера по данным прямой ВАХ и ВЕХ определить не удается.
В главе 4
исследовано влияние поверхностных состояний на свойства кон
тактов М-Si
1-х
Ge
х
.
В параграфах 4.1. и 4.2 рассмотрены контакты Au-n-Si
1-х
Ge
х
-Ni и Al-p-Si
1-
х
Ge
х
-Ni. Известно, что высота барьера
ϕ
bn
для структуры металл-полупроводник в
двух предельных случаях [10]:
когда D
ss
∞
(D
ss
-плотность поверхностных состояний):
q
ϕ
b n
=
(
E
g
−
q
ϕ
0
)
−
q
Δ
ϕ
(4)
и, когда D
ss
0 :
q
ϕ
b n
=
q
(
ϕ
m
−
χ
)
−
q
Δ
ϕ
, (5)
10
где q
ϕ
0
-уровень Ферми на свободной поверхности полупроводника (около Е
g
/3), q
заряд электрона,
Δϕ
-изгиб барьера из за сил изображения (0.035 эВ ),
ϕ
m
–работа вы
хода (5.2 эВ для Au),
χ
-сродство к электрону (4.0375 эВ для Si
0.75
Ge
0.25
). В
промежуточном случае:
q
ϕ
b n
=
cq
(
ϕ
m
−
χ
)
+
(
1
−
c
)
(
E
g
−
q
ϕ
0
)
−
q
Δ
ϕ
, (6)
( )
q D
ss
c
ε ε δ
2
1 1
=
/
+
,
где
δ
,
ε
1
–толщина и диэлектрическая постоянная промежуточного слоя. Расчет
показал, что для структуры Au-n-SiGe-Ni в двух предельных случаях: когда D
ss
∞
Е
Б
~0,1 эВ и когда D
ss
0 Е
Б
~1,1 эВ:
Для структуры Al-p-Si
1-х
Ge
х
-Ni когда D
ss
∞
Е
Б
~1,0 эВ и когда D
ss
0 Е
Б
~0,2 эВ. Как
видно, высокое значение барьера для контактов на основе золота и алюминия может
достигаться при взаимно противоположных условиях: высокий Al Si
1-x
Ge
x
барьер-при больших D
ss
, а высокий Au-n-Si
1-x
Ge
x
барьер - при малых D
ss
. Высота
барьера оценивалась по прямой ветви ВАХ. Как известно [10]:
qV
I I
x
exp( 1)
=
0
−
s
, (7)
nkT
qV
I A T S
b
⎜
⎝⎛
⎟
⎠⎞
0
, (8)
* 2
s
exp
=
−
kT
где I-плотность тока; V
x
напряжение на барьере, равное V
x
=V
appl
-IR
b,c
(V
appl
напряжение приложенное к образцу, R
b,c
-последовательное сопротивление базы и
контактов); n-коэффициент неидеальности; V
b
-высота барьера; Т-температура, S–
площадь контакта. А*-эффективная постоянная Ричардсона (так как наш материал
близок к кремнию, для оценок использовались значения для кремния А*=110А см
2
К
-2
для п-типа, А*=30 А см
-2
К
-2
для р-типа).
Для проведения компьютерной подгонки, выражение (7) записывалось в виде:
⎜
⎜
⎝⎛
⎟
⎟
⎠⎞
nkT
V
(9)
I
= +
1
Ln
x
I
q
s
0
Напряжение, приложенное к образцу, равно падению напряжения на сопротивлении
базы и контактов и напряжению приложенному к барьеру.
b,c
IR
bV
appl V
= +
или
appl
V
+
⎟
⎟
⎠⎞
nkT
⎜
⎜
⎝⎛
I
= +
1
q
Ln
sI
0
b,c IR
. (10)
Выражение (10) легко подгоняется к экспериментальным данным в про грамме
Origin, в качестве подгоночных параметров берутся n, I
s0
и R
b,c
. Концентрация
поверхностных состояний оценивалась по данным измерения импеданса при
частоте 1000, 5000, 15000 Гц. В [8] показано, что поверхностные со стояния могут
учитываться в эквивалентной схеме путем введения емкости и прово димости,
связанных с ними. Наличие поверхностных состояний приводит к допол нительной
емкости и проводимости структуры, описываемой выражениями
C
C
2
ω τ
C C
, и
2 2
= +
s
G
. Здесь C
b
, G
x
-емкость и проводимость
барьера; C
s
, G
ss
b
2 2
1
+
ω τ
ss
=
s
1
ω τ +
емкость и проводимость, связанные с поверхностными состояниями;
τ
=C
s
R
s
,
ω
=2
πν
.
11
Концентрация поверхностных состояний оценивается по выражению
D
ss
=
C
s
/
eS
(S
площадь контакта, e-заряд электрона).
Концентрация D
ss
оценивалась также по коэффициенту неидеальности пря
мой ветви ВАХ. Согласно [11] коэффициент неидеальности:
[ ( )]
1
1
−
= +
s c d
+
ssc
n d
ε
W
ε
eN
, (11)
где N
ss
-плотность поверхностных состояний, ε
d
, d–диэлектрическая проница
емость
и толщина естественного слоя окиси кремния на поверхности образцов, ε
s
–
диэлектрическая проницаемость полупроводника. Толщина слоя естественного
окисла кремния полагалась ~10 nm. В таблице 1 приведены экспериментальные ре
зультаты по влиянию обработки на характеристики барьеров на основе Au и Al.
Таблица 1.
Характеристики некоторых образцов
Au-n- Si
1-x
Ge
x
Al-p- Si
1-x
Ge
x
обработка 1
Обра
ботка 2
обработка 1
обработка 2
Номер образца
32Au
12Au
нтак
т
ский
ко
Оми
че
31Al
21Al
22Al
32Al
Содержание Ge %
2,5
1
5,1
0,8
0,8
6,4
Величина
барьера (по обр.
ВЕХ) эВ
0.71
0.39
0.49
0.25
0.85
0.95
Величина
барьера (по
прямой ВАХ)
эВ
0.73
0,69
0,70
0.66
0,78
0,77
D
ss
, 10
12
cm
-2
,
оценка по
прямой ВЕХ
(1.4
÷
3)
(0.3
÷
5)
(0,2
÷
7)
1
÷
0,6)
(1
÷
2)
(1
÷
3)
Коэф.неидеал. n
1.40
2.13
4.41
5.49
1.70
1.40
D
ss
,10
12
cm
-2
(из
ко эф.неид. по
ВАХ).
8,25
2,9
1,0
0,73
4,7
8,25
Как видно из таблицы 1, обработка 1 действительно создает пониженные
значения концентрации поверхностных состояний по сравнению с обработкой 2.
Причем в случае обработки 1, контакты с алюминием имеют более низкую D
ss
, чем
контакты с золотом. Видимо, это связано с тем, что алюминий более активно взаи
модействует с поверхностью, нежели благородный элемент золото. Высота барьеров
Au-n-Si
1-x
Ge
x
и Al-p-Si
1-x
Ge
x
согласно выражениям (4-5) коррелирует с
концентрацией поверхностных состояний.
Так как, взаимодействие атомов золота и алюминия с полупроводником не
приводит к образованию второй фазы, то имеется определенный интерес исследо
вать контакты металлов, взаимодействие которых может привести к образованию
второй фазы, например, германидов на границе раздела. С этой целью исследованы
контакты Ti-p-Si
1-x
Ge
x
и Ni-p-Si
1-x
Ge
x.
Оценка для никеля и титана, проведенная по выражению (11), показывает, что при
концентрации поверхностных состояний D
ss
∞
должен наблюдаться опре деленный
барьер, а при D
ss
0 величина барьера близка к нулю. т.е. в данном случае,
нелинейность ВАХ должна наблюдаться для образцов подвергнутых 2 типу химиче
ской обработки. Однако, у всех структур (как с Ni, так и с Ti контактами), подверг
нутых 2 типу химической обработки, наблюдалась линейная ВАХ -контакты были
12
омическими. И наоборот, нелинейность ВАХ наблюдалась для структур подвергну
тых 1 типу химобработки. Результаты экспериментов представлены в таблице 2.
Прямая ветвь ВАХ контактов Ni-p-Si
1-x
Ge
x
не имеет экспоненциального ха рактера и
не описывается известным выражением для барьеров Шоттки (7). А пря мая ветвь
ВАХ структур Ti-p-Si
1-x
Ge
x
удовлетворительно описывалась выражением (4.11) с
коэффициентом неидеальности n=1,2
÷
5,0. В связи с этим для Ti-p-Si
1-x
Ge
x
структур
проведены оценки высоты барьера и концентрации поверхностных состоя ний по
данным ВАХ.
Обратная ветвь ВАХ контактов Ni-Si
1-x
Ge
x
при малых обратных напряжени
ях до -1В
подчиняется зависимости V
-0,5
. Для контактов с титаном, и золотом такой
зависимости нет.
Таблица 2
Характеристики структур Ni,Ti-p-Si
1-x
Ge
x
подвергнутых обработке 1.
Номер образца
8Ti
14Ti
24Ti
34Ti
10Ni
17Ni
28Ni
38Ni
Состав, ат %
Ge
0.8%
0.8%
3.5%
5.1%
2.7%
1.2%
2.2%
6%
Коэф.неидеал n
2.71
5,37
2,4
1.18
Нет
экспоненты
Нет
экспоненты
R
13
~0
85
148
230
250
209
130
I
0
4E-
5
1,5E-4
2E-5
5.7E-6
S, см
2
0.101
0.101
0.096
0,096
0.096
0.096
0.101
0.096
E
b
по ВАХ,
эВ
0.64
0.61
0.66
0.70
E
b
по C
-2
обр.
низкочастотный
Не определяется по пересечению с осью ординат
D
ss
(0.1V)cm
-2
э
2E13
1.9E13
1E13
1,0E13
16E13 4,7E13
4.2E13
6,5Е13
В
-1
по прямой
ВЕХ
N
ss
(из коэф.
еид. ВАХ)
2E12
0.8E1
2
2.3E12
1.8E13
Зависимость C
-2
(U), измеренная при низких частотах имела нелинейный ха
рактер и экстраполяция ее до пересечения с осью абсцисс не давала возможность
определить высоту барьера. Обычно это связано с влиянием поверхностных состоя
ний на границе металл-полупроводник.
Приведенные выше экспериментальные оценки концентрации поверхност
ных состояний и характера ВАХ и ВЕХ структур убедительно свидетельствуют, что
титан и никель довольно активно взаимодействуют с поверхностью твердого рас
твора кремний-германий при температурах подложки 300
÷
400°С. Титан и никель
резко увеличивают концентрацию поверхностных состояний поверхности, подверг
нутой 1 типу обработки. Это находится в соответствии с известными данными по
контактам Ni-Si, Ti-Si.
Однако, в отличие от контактов с кремнием на границе контакта Ni-Si
1-x
Ge
x
,
непосредственно во время вакуумного напыления контакта, образуется вторая фаза,
слой (германид никеля), об этом свидетельствуют также данные прямой и обратной
ВАХ при небольших приложенных напряжениях (+/-1В). А на границе титан твер
дый раствор, по видимому, вторая фаза не образуется, или из-за высокой температу
ры синтеза германидов титана или необходимостью длительного отжига для образо
вания второй фазы. Это согласуется с данными по исследованию образования гер
манидов титана на поверхности кремния при быстрых термических процессах [12].
13
3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Методом электронно – лучевой бестигельной зонной плавки выращены моно
кристаллы Si
1-x
Ge
x
с диаметром ~10 мм и содержанием германия до 35 aт.%, доста
точно повышенным временем жизни неосновных носителей и низкой плотностью
дислокаций. Показано, что атомы Ge в кристаллах Si
1-x
Ge
x
распределены равно
мерно и нет включений второй фазы. 2. На основе анализа полученных данных по
зависимости высоты барьеров Шотт ки М(Au,Al)-Si
1-x
Ge
x
от состава твёрдого
раствора установлено, что она резко ме няется при малых содержаниях германия
(
x<0.02
)
, а затем практически остается
неизменной. Полученные данные подтверждают вывод о пассивации поверхности
твердого раствора за счет обогащения поверхности кристалла атомами германия. 3.
Для контактов Ti-Si
1-x
Ge
x
выявлен монотонный рост величины барьера с ростом
содержания германия, тогда как в случае Ni-Si
1-x
Ge
x
, из-за промежуточного слоя
(германид никеля), электрофизические свойства контактов не описываются из
вестными выражениями для ВАХ и ВЕХ барьеров Шоттки.
5. Показано, что высота барьера Шоттки М(Au,Al и Ti)-Si
1-x
Ge
x
(изготовленных на
поверхности с различной плотностью поверхностных состояний) коррелирует с
плотностью поверхностных состояний и содержанием германия. 6. Исследовано
влияние различных химических обработок поверхности объемного твердого
раствора на свойства контактов металл-Si
1-x
Ge
x
, полученных термиче ским
напылением в вакууме при температуре подложки 300
÷
400
0
С. Показано, что титан
и никель довольно активно взаимодействуют с поверхностью твердого рас твора
кремний-германий при температурах подложки 300
÷
400°С.
Список использованной литературы
1. Саидов М.С., Муминов Р.А., Атабаев И.Г., Джураев У.Б., Матчанов Н.А . Атом ная
Энергия.Т.81.,вып.4(1996).,стр.270-273.
2. Кожух М.Л., Белокурова И.Н.//Письма в ЖТФ, Т5. №11, 686(1979). 3. Erko
A.,Abrosimov N.,Alex S.V.//Crystal Reserch Technology 37(2002),7.685-704. 4.
Саркисов А.А.,Якимов В.А., Каплар Е.П.,. Энергоатомиздат,Москва, 1987. 5. Nur O.,
Willander M., Turan R.//Appl. Phys. Lett., 68, pp.1084-1086 (1996). 6. Jiang R., Liu J.L.,
Li J., Shi Y.// Appl. Phys. Lett.(1996), 68(8), pp.1123-1125. 7. Rahab H, Keffous A.,
Menari H., Chergui W., Boussaa N., Siad M.//Nuclear Instru ments and Methods in
Physics Research, A 459 (2001), 200-205.
8. С.Зи. Физика полупроводниковых приборов//Мир, Москва, т1 (1984)
9. Атабаев И.Г. Кандидатская диссертация. Ташкент, 1987.
10.В.Т.Малаева. Кандидатская диссертация, Ташкент, 1985.
11.Hall H.N. Electron–hole Recombination in Germanium. Phys Rev.87, pp.387-394.
(1952)
12. Ashburn, S.P.; Öztürk,M.C.;Wortman, J.J.; Harris, G.; Honeycutt, J.; Maher, D. M.
//Journal of Electronic Materials, Volume 21, Issue 1, pp.81-86, (1992).
14
4. СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ
1. И.Г.Атабаев, Н.А.Матчанов, Э.Н.Бахранов М.У.Хажиев Электрофизичес-кие
свойства
p-i-n
структур
и
Барьер
Шоттки
на
основе
p-Si
1-x
Ge
x
(Au)
//Неорганические материалы, Москва, 2008 том.44, Выпуск 9, стр.775-781.
2. И.Г.Атабаев, Н.А.Матчанов, Э.Н.Бахранов М.У.Хажиев. Однородность высоко
омных кристаллов p-Si
1-x
Ge
x
(Au) //Неорганические материалы, Москва, 2008
том.44, Выпуск 5, стр.528-531
3. И.Г. Атабаев, М.У. Хажиев, Влияние плотности поверхностных состояний на вы
соту барьеров Al-p-SiGe, Au-n-SiGe//ДАН РУз, Ташкент 2009, №5, ст.29-32 4. И.Г.
Атабаев, Н.А. Матчанов, М.У. Хажиев, Ш.А. Юсупова. Выращивание моно
кристаллов твердого раствора Si
1−x
Ge
x
(0<x<0,35) и исследование их свойств//Письма
в ЖТФ, Санкт-Петербург, 2010, том 36, вып. 3 ст.45-52 5. И.Г.Атабаев, Н.А.Матчанов,
М.У.Хажиев, В.Пак, Т.М.Салиев Влияние различных химических обработок
поверхности на высоту барьеров Al-p-SiGe, Au-n SiGe//Физика и техника
полупроводников, Санкт-Петербург, 2010,том 44,вып. 5. ст.631-635
6. Атабаев И.Г.,Хажиев М.У.,Бобожонов К.А. «Влияние плотности поверхностных
состояний на свойства контактов Ti-р-Si
1-x
Ge
x
, Ni-р-Si
1-x
Ge
x.
»//ДАН РУз, Таш
кент,
2010, №3. ст.50-53. 7.Atabaev I.G., Matchanov N.A., Bahranov E.N., Hajiev. M.U. Effect
of Ge Fraction on Schottky Barrier Height in Metal-bulk SiGe Structures// International
Conference on Magnetic and Superconducting Materials- MSM07, 25
th
-30
th
September
2007, Khiva, Uzbekistan, pp.40.
8.Матчанов Н.А., Бахранов Э.Н., Усманов Ш.Н., Хажиев М.У. Фоточувствитель
ность Ni-p-Si<Sn> структур.//Труды I- международной конференции «Фундамен
тальные и прикладные вопросы физики» Ташкент, 2003, 27-28 ноябрь.ст.266-268.
9.Хажиев М.У. Влияние олова на фоточувствительность p-Si выращенный бести
гельной зонной плавкой.//Узбекистон Фанлар академиясининг 60 йиллигига
бағишланган республика ёш олимлар конференцияси материаллари. Таш
кент,2003, декабрь,.стр.20-23.
10. Матчанов Н.А. , Хажиев М.У. Влияния содержания германия на свойства Барье
ров Шоттки на основе твердых растворов SiGe. Иқтидорли талабалар республика
илмий-амалий анжумани, Тошкент шахри, 1-3 март, 2007 йил, бет.142.
11.Атабаев И.Г., Хажиев М.У., Матчанов Н.А., Саидов Д.Ш., Жураев Х.Н.-Оценка
высоты барьера обратных вольт-емкостныххарактеристик Al-p-Ge// Материалы
IV Республиканской конференции «Наука Каракалпакистан: вчера,сегодня, зав
тра», Нукус, 2009. (19-20 ноября).стр.14-15.
12.Хажиев М.У., Атабаев И.Г., Матчанов Н.А. Влияние плотности поверхностных
состояний на высоту барьеров Al-p-SiGe, Au-n-SiGe// Материалы IV Республи
канской конференции «Наука Каракалпакстан: вчера,сегодня, завтра», Нукус,
2009. (19-20 ноября).стр.79.
15
РЕЗЮМЕ
диссертации Хажиева Мардонбека Улугбековича на тему «Влияние со
держания германия и поверхностных состояний на свойства переходов
металл - Si
1-x
Ge
x
, на основе Al, Au, Ni и Ti» на соискание научной степе
ни кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 -
физика полупроводников.
Ключевые слова:
твёрдый раствор, кремний-германий, химическая обработ
ка, контакты, барьер Шоттки (БШ), поверхностные состояния.
Объекты исследования:
монокристаллы Si
1-х
Ge
х
, контакты Металл-Si
1-x
Ge
x
,
диоды Шоттки.
Цель работы:
исследование свойств контактов металл-Si
1-x
Ge
x
в зависимости
от типа металлов, с учетом содержания германия и поверхностных состояний в объ
емных твердых растворах Si
1-x
Ge
x
.
Методы исследования:
электронно-лучевая бестигельная зонная плавка,
рентгеновский микроанализ, метод модуляции проводимости, стандартные элек
трофизические и фотоэлектрические методы.
Полученные результаты и их новизна:
-
улучшена технология выращивания монокристаллов Si
1-x
Ge
x
и выращены
однородные монокристаллы сплава Si
1-x
Ge
x
, методом электронно-лучевой БЗП с
низкой плотностью дислокаций (~10
2
÷10
4
cм
-2
) и с высоким временем жизни (~600
мкс) не основных носителей заряда;
- впервые получены данные по высоте барьеров Шоттки на основе Au, Al. Она
резко меняется при малых составах, а затем практически остается неизменной. По
лученные данные подтверждают вывод, сделанный ранее для Au-Si
1-х
Ge
х
<Li> о пас
сивации поверхности сплава за счет обогащения поверхности Si
1-х
Ge
х
атомами Ge;
- для контактов Ti-Si
1-x
Ge
x
наблюдается монотонный рост величины барьера с
ростом содержания германия, тогда как для Ni-Si
1-x
Ge
x
,из за промежуточного слоя
германида никеля, электрофизические свойства контактов не описываются извест
ными выражениями для ВАХ и ВЕХ барьеров Шоттки;
- впервые исследованы БШ М-Si
1-x
Ge
x
на основе золота и алюминия, изготов
ленных на поверхности с различной плотностью поверхностных состояний. Показа
но, что высота их барьера коррелирует с плотностью поверхностных состояний и
содержанием германия.
Практическая значимость:
результаты работы по получению БШ М-Si
1-x
Ge
x
,
по влиянию содержанию Ge на пассивацию поверхностных состояний представляют
интерес для физики полупроводниковых твердых растворов и могут быть
использованы при изготовлении полупроводниковых приборов, в частности
детекторов ИК и ядерного излучения на основе твердых растворов Si
1-x
Ge
x
.
Степень внедрения и экономическая эффективность:
часть полученных
результатов использована при выполнении исследований радиационной стойкости и
электрофизических свойств приборов на основе сплава Si
1-x
Ge
x
облученных
нейтронами, электронами и рентгеновскими квантами.
Область применения:
физика твёрдого тела, физика полупроводников, при
боростроение.
16
Физика - математика фанлари номзоди илмий даражасига талабгор Ха
жиев Мардонбек Улуғбекович 01.04.10-яримўтказгичлар физикаси ихти
сослиги бўйича “Al, Au, Ni ва Ti асосидаги металл-Si
1-x
Ge
x
cтруктуралар
хусусиятларига сиртий ҳолатлар ва германий миқдорининг таъсири”
мавзусидаги диссертациясининг
ҚИСҚАЧА МАЗМУНИ
Таянч сўзлар:
қаттиқ қотишма, кремний-германий, кимёвий ишлов,
контактлар, Шоттки Барьери (ШБ), сиртий ҳолатлар.
Тадқиқот объектлари:
Si
1-х
Ge
х
монокристаллари, Металл-Si
1-x
Ge
x
кон
тактлар,
Шоттки диодлари.
Ишнинг мақсади: S
i
1-x
Ge
x
ҳажмий кристаллари асосидаги
Металл-Si
1-x
Ge
x
контактлар хусусиятларини металл турига, германий миқдорига ва
юзадаги сиртий ҳолатларга боғлиқ равишда ўрганиш.
Тадқиқот методлари:
электрон-нурли тигелсиз зонали эритиш
,
рентген
микроанализи, ўтказувчанлик модуляцияси усули, стандарт фотоэлектрик ва
электрофизикавий усуллар.
Олинган натижалар ва уларнинг янгилиги:
- ҳажмий Si
1-x
Ge
x
монокристалларини ўстириш технологияси яхшиланган ва
электрон нурли тигелсиз зонавий эритиш усулида кам дислокацияли (~10
2
-10
4
cм
-2
),
заряд ташувчиларнинг яшаш вақти юқори бўлган (~600 мкс), бир жинсли монокри
сталлар ўстирилган;
- биринчи маротаба ҳажмий Si
1-x
Ge
x
монокристалларида Au ва Al асосида олинган
ШБлар баландлиги ҳақида маълумот олинган. Қотишмада Ge миқдори кичик
бўлганда у бирдан ўзгаради, сўнг таҳминан ўзгармай қолади. Натижалар, кристалл
юзаси Ge атомлари билан бойиган ҳолда сиртий холатлар пассивация бўлиши
тўгрисида, Au-Si
1-х
Ge
х
:Li контактларни ўрганишдаги хулосани тасдиқлайди;
- Ti-Si
1-x
Ge
x
контактлар учун қотишмадаги Ge миқдори ошиши билан
энергетик барьернинг монотон ўсиши кузатилади. Ваҳоланки Ni-Si
1-x
Ge
x
контактлар
учун, ҳосил бўлган германид қатлами туфайли электрофизик хусусиятлари ШБ учун
маълум бўлган ВАХ ва ВФХ қонуниятларига бўйсинмайди;
- биринчи маротаба, турли сиртий ҳолатлар зичлигига эга бўлган Si
1-x
Ge
x
кристаллари юзасида Au ва Al асосида ШБлари тайёрланган. Барьерларнинг
баландлиги сиртий ҳолатлар зичлиги ва Ge миқдорига боғлиқлиги кўрсатилган.
Амалий аҳамияти:
М-Si
1-x
Ge
x
ШБ олиш ва қотишмадаги Ge нинг юзадаги
сиртий ҳолатларга таъсири бўйича олинган экспериментал натижалар яримўтказгич
қаттиқ қотишмалар физикаси учун аҳамиятга эга. Бу натижалар яримўтказгич
асбоблар яратишда, хусусан ҳажмий Si
1-x
Ge
x
кристаллари асосидаги инфрақизил ва
ядровий нурланиш детекторлари тайёрлашда қўлланилиши мумкин.
Татбиқ этиш даражаси ва иктисодий самарадорлиги:
олинган натижалар
нейтрон, электрон ва рентген квантлари билан нурлантирилган Si
1-x
Ge
x
асосида
асбоблар радиацион чидамлиги ва электрофизик хусусиятларини ўрганишда
қўлланилган.
Қўлланиш соҳаси:
қаттиқ жисм физикаси, яримўтказгичлар физикаси,
асбобсозлик.
17
S U M M A R Y
Thesis of Hajiev M.U. on the scientific degree of the doctor of philosophy in
physics on specialty 01.04.10 - semiconductor physics Subject: «Effect of ger
manium content and surface states on the properties of the metal-Si
1-x
Ge
x
junc
tions based on Al, Au, Ni and Ti»
Key words:
alloy, silicon-germanium, chemical treatment, contacts, Schottky barri
er (SchB), surface states.
Subjects of research:
Si
1-х
Ge
х
single crystals, metal-Si
1-x
Ge
x
contacts, Schottky di
odes.
Purpose of work:
the purpose of this work is to study the properties of a metal-Si
1- x
Ge
x
,
depending on the type of metals, taking into account the germanium content and sur
face
states in the Si
1-x
Ge
x
bulk alloys.
Method of research:
electron beam floating zone
technique, method of conductivi ty modulation, X-ray microanalysis, photoelectrical and
electrophysical methods of char acterization,
The results obtained and their novelty
: in this work, the growth technology of of
Si
1-x
Ge
x
single-crystal has been improved. Homogeneous Si
1-x
Ge
x
single crystals with a
low dislocation density (~ 10
2
-10
4
cm
-2
) and high-lifetime (~ 600 ms) of minority current
carriers has been grown by electron-beam floating zone technique;
- for the first time the data on the height of Schottky barriers based on Au, Al has
been obtained. It sharply changes at small content of Ge, and then remains practically un
changed. The data confirm the conclusion on passivation of the alloy surface from the en
richment of the crystal surface by Ge atoms, proposed before on the basis of studies Au
Si
1-x
Ge
x
<Li>;
- for the Ti-Si
1-x
Ge
x
contact has been observed monotonic increase of the barrier
with increasing of Ge content, whereas for Ni-Si
1-x
Ge
x
due to formation of a nickel germa
nide layer the electrophysical properties is not described by well known expressions for IV
and VF characteristics for Schottky barrier;
- the M-Si
1-x
Ge
x
Schottky diodes based on gold and aluminum fabricated on the sur
face with different surface states densities has been investigated for the first time. It has
been shown that the height of the barrier correlates with the surface state density and the
germanium content.
Practical value:
the experimental results on fabricating the M-Si
1-x
Ge
x
Schottky
barriers on the base of bulk Si
1-x
Ge
x
solid solutions, and on effect of Ge content to the pas
sivation of surface states is of interest to the physics of semiconductor solid solutions and
can be used for manufacturing semiconductor devices, particularly for infrared and nuclear
radiation detectors based on Si
1-x
Ge
x
solid solutions.
Degree of embed and economic effectivity:
part of obtained scientific results was
used for research of radiation hardness and electrophysical properties of Si
1-x
Ge
x
devices
under irradiation by neutrons, electrons and X-ray.
Field of application:
physics of solid state, semiconductor physics, instrumenta
tion.
18
