Введение к работе
Актуальность работы. Активной рабочей зоной современных твердотельных приборов, как правило, является прнловерхност-н&ч область полупроводников. Поскольку в последние годи в микроэлектронике все. большое применение находят узкощелевыа полупроводниковые твердые раствори Cdxllj,.,Te (KPT), а также 2W*Te (UPTI и Ни.Нз^.Те (MPTJ, то возникает необходимость изучения электрофизических сзоиств их приповерхностных слоев и ме:«фазових границ {г.ЙГ} с их участием. Несомненную научную и практическую актуальность представляют ; следования электрофизических свойств поверхности и приповерхностных слоев полупроводниковых твердых растворов КРТ, ЦРТ и МРТ при регулярном и контролируемом изменении (путем изменения стехи-ометрического состава) зонлоіі структуры в объеме при переходе от более широкозог таз полупроводников к бєсщолевимі При этом исследование свойств поверхности и приповерхностных слоев бесщеловмх полупроводников |БП) представляет, самостоятельный и на современном-этапе в основном научный Интерес.
Цель уябтц. Работа посвящена исследованию электрофнза-ческих свойств поверхности и приповерхностного объема узко-щелевнх и бесщелевнх КРТ (монокристаллов), узкощелевых ЦРТ (эпитаксиальных пленок) и МРТ (х=0.15| (монокристаллов) методом эффекта поля в электролитах (ЭПЭ). В работе ставились следующие задачи:
-
.Теоретический анализ электрофизических параметров области пространственного заряда (ОПЗ) узкощелевых полупроводников (УП| и Ш яри комнатных температурах (Т) в широком диапазоне поверхностных потейШалов (v,|, соответствующих вырождению и размерному квантованию ЇРК) электронного газа в ОПЗ;
-
Выбор оптимальных условий для измерения методом ЭПЭ" диффереіпшальїгоії емкости ОПЗ УП и БП КРТ и ЦРТ для широкого набора их стехиометрлческих составов;
-
Исследование параметров зонной структуры приповерхностных слоев УП и БП КРТ и ЦРТ в зависимости от стохиомет-рического состава компонент растворов, а также МРТ (х=0.15)
при приложении к его поверхности поперечного магнитного поля. Научная новизна диссертационной работы:
теоретически, на основе численного самосогласованного решения уравнений Шредингера к Пуассона, проанализированы основные особенности изменения заряда и дифференциальной емкос-ти ОПЗ |Q4| и Ctl) узкощелевых полупроводников в зависимости от их фундаментальных параметров (сирины запрещенной зоны Е« и эффективных масс m*J, Tiiir,. Показана возможность проявленая эффектов размерного квантования (?К) 0ГІЗ узшделевых полупроводников уке при комнатных температурах и установлены критерии их наблюдения на зависимостях QM и Си от. Т и v% ;
экспериментально установлены и проанализированы оптимальные условия проведения эМекта поля в системо полупроводник-электролит для измерения С1С УП и Ш КРТ, ЦРТ и UPT. Показано, что воспроизводимые и достоверные результаты ее измерений методом ЭЯЭ достигаются лишь в области идеальной поляризуемости исследуемых электродов, которая определяется выбором раствора и параметрами поляризации;
для большого набора стехиометрических; составов узкоще-левых твердых растворов КРТ (0.195 х ^ 0.330} (монокристаллов) , а также эпитаксиальных пленок узкощелевых твердых растворов ЦРТ |а=0.15; 0.165 0.17; O.20-O.22J экспериментально определены параметры зонной структуры в приповерхностных слоях, такие как характер закона дисперсии зоны проводимости ("Сезоныj, эффективные массы плотности состояний |mj) и дифференциальная плотность состояний в "с"-зоне, причем для ряда стехнометрачеоких составов тройных соединений впервые. Показано, что в УП КРТ и ЦРТ эти параметры в приповерхностных слоях близки к объемным и имеют вблизи поверхности такие же закономерности изменена в зависимости от стехиометрического состава тройных соединений, как и в объеме этих материалов;
показано, что результаты экспериментального исследования зависимостей дифференциальной емкости ОПЗ узкощелевых полупроводников КРТ и ЦРТ от tft (при Т = «ns4) и от Т (при
V, a const J качественно согласуются с результатами численных самосогласованных расчетов (в предположении РК ОПЗ}, на осно-
аании чего сделан вывод, что эффекты РК электронного газа в ОПЗ УП проявляются ужо при комнатных температурах;
- экспериментально исследованы параметры зонной структу
ры ь приповерхностных слоях ЫГКРТ при комнатных температу-
рах. Сделай вывод, что структура "с"-зоны в приповерхностных
слоях этих соедігаений близка к объемной, а структура валент
ных зон ("іГ-зон) объемной (общепринятой модели) не соответ
ствует, В экспериментах впервые обнаружен "ступенчатый" хара
ктер CfclTl-зависимости НІ поя t^ = ttu*t , что предположитель
но может указывать на проявление эффектов РК электронного и
дырочного газа в ОПЗ EI уже при комнатных температурах.
Практическая ценность диссертационной работы:
создан и апробирован пакет прикладных программ для расчета электрофизических параметров РК ОПЗ узкощелевых полупроводников с квадратичным законом дисперсии разрешенныз зон в широком диапазон- изменения поверхностных потенциалов;
для большого набора стехиометричееких составов узкощелевых и бесщелевых твердых растворов КРТ и нескольких стехиометричееких составов э*таксиальных пленок твердых растворов ЦРТ впервые определены характер закона дисперсии и эффективные массы плотностей состояний "с"-зоны в приповерхностных слоях этих материалов при комнатных температурах, которые могут быть использованы как табличные справочные данные;
показана идентичность электронных свойств эпитакопаль-ішх пленок и объемных кристаллов ЦРТ, а также перспективность использования в микроэлектронике твердых растворов ЦРТ как материалов, альтернативных КРТ;
продемонстрирована возможность применения метода ЭПЭ для исследования размерного квантования ОПЗ УП при комнатных температурах, а такхе поверхностных свойств УП, подвергнувшихся ряду технологических воздействия.
Основные положения, рыносимые на зашиту;
1. Численными самосогласованными расчетами и анализом тлеющихся в литературе результатов теоретических и экспериментальных исследований других авторов показано, что независимость скоростей заполнения двумерных квантовых подзон раз-
мерно квантованное ОПЗ узкощелевых полупроводников от Е», поверхностной плотности заряда и Т не езязана с характером закона дисперсии "с"-зоны, а является, по-видимому, фундаментальным свойством двумерных систем.
2. Экспериментально доказано, что в оії^екте поля в системе KPT (ЩТ| - водны;! электролит KCt можно вибрать условия, когда КРТ- и ЦРТ-олоктроды идеально поляризуемы, т.е. все изменение электродного потенциала в а-ійокте поля происходит в ОПЗ полупроводников к измеряемая емкость определяется полностью емкоегьи ОПЗ полупроводников.
3. Экспериментально определены некоторые параметры зонной структуры в приповерхностных слоях УП и БП и закономерно-сти их изменения от стехиометрического состава тройных соединений при переходе от УП к Ш.
-
Теоретические и экспериментальные исследования показали, что уже при комнатных температурах проявляется эффекты размерного квантования электронного газа в ОПЗ УП»
-
В экспериментах наблюдается "ступенчатый" характер зависимости С„ Ш от температуры при фиксированных поверхностных потенциалах, что предположительно ?.южет указывать на проявление МтЬектов размерного квантования электронного и дырочного газа в ОПЗ БП уже яри комнатных температурах.
Апробация работы. Результаты, приведенные в диссертации, докладывались на рчл Всесоюзном семинаре "Пришей и дефекты в полупроводниках*' (г.Павлодар, 1989 г.), Всесоюзной^конфе-ренции "Поверхность^вЭ" |г.Черноголовка, 1989 г./, VH-м Всесоюзном симпозиукв. "Плазма и неустойчивости в полупроводниках" |г.Паланга, 1989 г») и Т-ой Республиканской конференции "Физика и химия поверхности и границ раздела узкощелевых полупроводников" {г.Львов, 1990 г.|.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано четыре адрнальннх и одна депонированная статьи и пять тезисов конференций, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации, диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы И двух приложении. Изложена диссертация на 821 страницах
