Технические науки/ 6.Электротехника и радиоэлектроника

Дмитриев В.С.

Запорожская государственная инженерная академия, Украина

РАЗВИТИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НЕОДНОРОДНЫХ КОНТАКТОВ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК

К настоящему времени установлено, что физическая модель реального контакта металл-полупроводник (КМП) является более сложной по сравнению с моделями идеального КМП, теоретически разработанными Шоттки, Бете и др[1].

При исследовании реальных КМП с неоднородными электрофизическими параметрами вдоль контактной поверхности общий контакт представлялся как совокупность параллельно соединенных и электрически не взаимодействующих однородных микроконтактов [2]. В действительности микроконтакты реальных КМП находятся в электрическом контакте и электрически взаимодействуют друг с другом.

Для объяснения проблемных вопросов КМП наиболее эффективной является физическая модель реальных КМП, имеющих ограниченные контактные поверхности и эмиссионно неоднородные границы раздела. Оказалось, что в реальных КМП из-за эмиссионной неоднородности границы раздела и ограниченности геометрических размеров контактной поверхности в приконтактной активной области полупроводника возникает дополнительное электростатическое поле, напряженность которого вполне соизмерима с напряженностью электрического поля в активной области идеальных диодов Шоттки.

Конфигурация реального КМП определяется требованиями к технологии изготовления, режиму работы контакта в приборе или устройстве и способу подсоединения токопроводящих проводников.

Реальные эпитаксиальные пленки, используемые в основном для изготовления выпрямляющего КМП, имеют неравномерное распределение примесей, возникающее в процессе роста пленки [3-5], что приводит к появлению механического напряжения и может привести к возникновению дислокаций, дефектов упаковки, трещин. Обработка поверхности полупроводника для устранения различных дефектов, удаления чужеродных примесей, получения минимального микрорельефа приводит к непланарности границы раздела металл-полупроводник. При обработке поверхности полупроводников в вакууме с помощью термического отжига происходят испарение физически, химически адсорбированных газов с поверхности, газов и легирующих примесей из приповерхностного слоя, а также фазовые превращения в твердой фазе и термохимические реакции [3-5].

Из вышеизложенного следует, что электрофизические параметры реальных поверхностей полупроводников после обработки существующими различными способами полупроводников и их поверхностей становятся неоднородными вдоль поверхности. Плотность дислокаций в напыленных пленках металлов может достигать 10¹⁰-10¹¹ см^-3 [5].

От особенности зернистой структуры пленки металла зависит протекание ряда физико-химических процессов на границе металл-полупроводник: диффузия полупроводника в металл, структурная перестройка пленок при введении неравновесной концентрации примесей, дефектов, электромассоперенос, твердофазные химические реакции, дефектообразование, окисление, процессы при прохождении тока и др.

При протекании твердофазной реакции между полупроводником и металлом происходит образование зародышей растущего слоя, химическая реакция на границе металл-полупроводник, перенос атомов металла и полупроводника в зону реакции. В приконтактной области полупроводника из-за неоднородности локальной высоты барьера вдоль контактной поверхности и ограниченности контактной поверхности со свободными поверхностями металла и полупроводника [3-4] образуется дополнительное электрическое поле, так называемое поле пятен, которое оказывает существенное влияние на формирование действующей высоты барьера реальных контактов. Экспериментальные исследования [3-5] показали, что наиболее вероятная причина отклонений от предсказаний идеальных физических моделей и теории КМП - неизбежная неоднородность границы раздела реальных контактов, возникающая в результате использования несовершенных технологий изготовления КМП.

Если представить реальный КМП, имеющий неоднородные границы раздела, в виде совокупности параллельно соединенных дискретных микроконтактов с различными высотами потенциального барьера, то такая физическая модель неоднородного КМП в известной мере смягчает разногласия между теорией и экспериментальными результатами диодов Шоттки, однако полностью их не устраняет.

Литература.

1. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. -М.: Мир. 1984. -456с.

2. Бондаренко В.Б., Кузьмин М.В., Кораблев В.В. Анализ естественных неоднородностей потенциала у поверхности примесного полупроводника. //ФТП:- т.35, №8.-2001.- С.964-968.

3. Швец Е.Я., Дмитриева Л.Б., Дмитриев В.С. Исследование влияния межфазной границы раздела на высоту барьера Шоттки //Металургія: Збірник наукових праць:-Вип. 1 (26). - Запоріжжя, ЗДІА.- 2011. – С.126-130.

4. Швец Е.Я., Дмитриев В.С.Исследование влияния структуры переходного слоя на качество барьера Шоттки //Сб.научн.трудов 5-й Международной научной конференции «Функциональная база наноэлектроники», Харьков, ХНУРЭ.- 2012.-С. 169-172.

5. Швец Е.Я., Дмитриева Л.Б., Дмитриев В.С. Исследование влияния поверхностных состояний на показатели качества и технологичности структур Me-GaAs// Металургія: Збірник наукових праць:-Вип. 2 (27). - Запоріжжя, ЗДІА.- 2012. – С.138-142.