Введение 3
1 Литературный обзор 4
1.1 Дислокации в кремнии 4
1.2 Исследования проводимости вдоль дислокаций, введённых методом пластической деформации 6
1.3 Регулярные дислокационные сетки. 7
1.4 Исследования проводимости вдоль регулярных ДС 9
1.5 Полевые транзисторы 11
1.6 Полевые транзисторы с ДС в канале 13
1.7 Результаты исследования электронных состояний ДС методом DLTS. 14
1.8 Результаты измерений вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик 17
2. Цели и задачи исследования 19
3. Изготовление образцов 20
3.1 Проекты транзисторных структур 20
3.2 Принципиальная схема для измерения проводимости транзисторов 22
3.3 Электронно-лучевая литография. 24
3.4 Создание транзисторной структуры с помощью электронно-лучевой литографии 27
4. Экспериментальные результаты 31
4.1 Измерение проводимости 2х-контактной модели транзистора 31
4.2 Измерение проводимости 3х-контактной модели транзистора 39
Выводы 42
Список литературы 43
Благодарности 44
Интерес к исследованию дислокаций в полупроводниках с прикладной точки зрения обусловлен их активностью как центров рекомбинации электронов и дырок, наличием проводимости по дислокациям, и способностью дислокаций собирать на себя точечные дефекты и примеси, что делает их важными геттерами. Фундаментальный же интерес к дислокациям связан с тем, что эти протяженные дефекты могут рассматриваться как естественные одномерные электронные системы. Таким образом, они являются интересным объектом физики низкоразмерных систем.
Разработка новой методики прямого сращивания кремниевых пластин, позволяющей создавать регулярные дислокационные сетки (ДС) с заранее заданными характеристиками, открыла новый этап в исследовании электрофизических свойств дислокаций в кремнии[1]. Предыдущие исследования подтвердили, что ДС в кремнии действительно обладают повышенной проводимостью, однако точный механизм и электронные состояния, за нее ответственные, так и не были установлены[2].
Цель проводимых исследований заключается в установлении корреляции между электронным спектром ДС и проводимостью, а также в получении новых данных о характере одномерной дислокационной проводимости и о вызывающем ее механизме. Поскольку поставленная цель предполагает проведение исследований в течение длительного срока времени, в данной бакалаврской работе будут представлены результаты предварительной работы, касающиеся отработки методики изготовления структур полевого транзистора на сращенных пластинах кремния методом электронной литографии, выборе оптимальной геометрии и структуры транзистора для выполнения поставленных исследовательских целей, а также в проведении предварительных измерений проводимости с анализом полученных результатов.
1. Разработана электронно-литографическая методика изготовления транзисторных структур для исследования электропроводности вдоль дислокационных сеток, полученных сращиванием пластин кремния. Изготовлены два вида структур полевых транзисторов: двух-контактная модель, состоящая из стока, истока и базового электрода на подложке, и трех-контактная модель, которая содержит дополнительный полевой электрод - затвор между стоком и истоком.
2. Установлено, что при проведении электрофизических измерений в трех-контактной модели происходит пробой с образованием металлических перемычек между затвором и истоком/стоком. Выдвинуто предположение, что явление межэлектродного пробоя, обусловлено проводимостью по поверхности кремния в условиях больших значений электрического поля в узком 300 нм, зазоре между электродами. Предложено в последующих исследованиях разработать методику нанесения на поверхность структур диэлектрика.
4. Проведены измерения вольт-амперных характеристик сток/исток-базовый электрод и комплексной проводимости сток-исток в интервале частот 80-4100 Гц в зависимости от напряжения на базовом электроде в интервале температур 20-300Кдвух-контактной модели. Установлено, что при низких температурах мнимая часть компоненты проводимости (емкость) на частоте 80 Гц возрастает с ростом напряжения на базовом электроде и испытывает насыщение, что объясняется вкладом обмена электронами между квазинейтральной областью полупроводника и электронными состояниями дислокационной сетки.
5. На производных зависимости действительной компоненты проводимости исток-сток по напряжению на базовом электроде обнаружены особенности с периодом по напряжению около 100 мВ. Величина периода по напряжению хорошо согласуется с данными, ранее полученными на других структурах полевых транзисторов на основе сращенных пластин кремния, которые были интерпретированы как проявления квазиодномерного характера проводимости по дислокациям.
