Материал: whDdES57Rc

6

Достоверность полученных результатов подтверждается сопоставлением с результатами измерений независимыми методами, моделированием и литературными данными.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на: 4th International Symposium on Growth of IIINitrides (St. Petersburg, July 16–19, 2012); Всероссийской молодежной школесеминаре «Диагностика наноматериалов и наноструктур» (Рязань, 21–25 октября 2013); 2nd International School and Conference “Saint-Petersburg OPEN 2015” (St. Petersburg, April 6–8, 2015); V Всероссийской научнотехнической конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ» (СанктПетербург, 30 мая – 2 июня 2016 г.); а также всероссийской молодежной конференции «Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая опто- и наноэлектроника», 2014–2015 гг.; ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета СПбГЭТУ «ЛЭТИ», СанктПетербург, 2013–2016 гг.

Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложены в 12 печатных изданиях, 7 из которых изданы в журналах, рекомендованных ВАК, 5 — в материалах конференций.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четы-

рех глав, заключения и приложения. Полный объем диссертации составляет 151 страницу машинописного текста с 68 рисунками. Список литературы содержит 164 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, проводимых в рамках данной диссертационной работы, определяется цель и основные задачи исследований. Излагается научная новизна и практическая значимость представляемой работы, вместе с научными положениями, выносимыми на защиту.

В первой главе рассмотрены основные емкостные методы диагностики полупроводниковых материалов, особенности их практической реализации и диапазоны их применимости в сравнении с другими электрическими методами диагностики. Особое внимание уделяется методам измерения емкости и концентрации свободных носителей заряда.

7

Приводится классификация методов диагностики полупроводниковых материалов и структур, а также критерии, которым должен соответствовать «идеальный» метод, с точки зрения требований к производству полупроводниковых приборов. Обосновывается выбор метода электрохимического вольтфарадного профилирования для исследования актуальных полупроводниковых материалов и структур.

Анализ способов измерения емкости и концентрации свободных носителей заряда в емкостных методиках приводится как с точки зрения способа измерения (статические, квазистатические, динамические), так и с точки зрения формы отклика (линейные и нелинейные методы). Делается вывод о том, что ограничения в частотном диапазоне в коммерчески используемых установках ECV вызвано, в основном, ограничениями в выбранном методе измерения емкости и концентрации носителей заряда, а не ограничениями, связанными с использованием перехода электролит-полупроводник.

Вторая глава посвящена физическим основам метода электрохимического вольт-фарадного профилирования и особенностям применения этого метода к исследованию структур с резким профилем распределения примеси. Здесь рассматриваются основные свойства перехода электролитполупроводник, влияющие на выбор параметров для проведения ECV измерений. Приводится общий алгоритм для использования метода электрохимического вольт-фарадного профилирования и особенности выбора адекватной эквивалентной схемы.

8

но, что этот рост связан с возникновением неоднородного профиля травления кратера. Неоднородное травление в таких структурах возникает из-за того, что при изменении концентрации в полупроводнике меняется распределение потенциала между слоем Гельмгольца и ООЗ в полупроводнике. При этом смещение анодного потенциала V будет пропорционально корню из концентрации акцепторов NA в полупроводнике:

В рассматриваемой структуре, при одинаковом потенциале p+ область будет травиться быстрее (ток травления будет больше), что и приводит к неоднородному травлению. Это, в свою очередь, даст завышенное значение измеренной концентрации в глубине структуры из-за влияния емкости сильнолегированного слоя. Режим травления при постоянном токе величиной менее 0.2 мА/см2, использованный в данной работе, позволяет избавиться от этого эффекта и проводить измерение профиля концентрации в таких структурах на глубину до нескольких мкм.

9

Рис. 3 – Сравнение свойств перехода электролит-полупроводник для InAs и GaAs: (а) положение границ энергетических зон в водных растворах с pH = 1 и (б) зонные диаграммы для n-InAs и n-GaAs в равновесии.

ходимости поэтапно увеличивать частоту на которой производится измерение емкости, в зависимости от соотношения активной и реактивной составляющих полного адмиттанса.

Третья глава посвящена применению метода ECV для исследования узкозонный материалов на примере структур на базе арсенида индия. Отличительной особенностью переходя электролит-InAs является то, что граница зоны проводимости расположена ниже уровня электрохимического потенциала (рис. 3). Это приводит к тому, что при проведении вольт-фарадных измерений можно наблюдать три характерных, в том числе и для МОП структур, режима: аккумуляция, обеднение и инверсия.

В работе проводилось исследование вольт-фарадных характеристик системы электролит-InAs для выбора оптимальных параметров при построении ECV профиля концентрации в n-InAs. Экспериментальные ВФХ сравнивались с теоретическими, для моделирования которых проводилось численное решение уравнения Пуассона с использованием модифицированного приближения Томаса-Ферми (modified Thomas-Fermi approximation или MTFA). Рассмотрению физических основы MTFA посвящена первая часть данной главы. В ней же приводится сравнение результатов расчета профиля концентрации с использованием данного приближения и аналитического решения для полубесконечного треугольного потенциала.