В современной микроэлектронике, которая построена на основе полупроводников существует глобальная задача: получение импульсных токов за время равное пико- и наносекундам. В Лаборатории функциональной электроники эту задачу решают с помощью фотоэлектрических и электрических переключателей - лавинных S-диодов. Одна из частных задач в данном направлении исследований касается изучения вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик таких диодов.
Лавинный 5-диод - это полупроводниковый прибор, на обратной ветви вольт- амперной характеристики которого наблюдается участок отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС). Формирование участка ОДС происходит при лавинном пробое электронно-дырочного перехода. В результате пробоя происходит перезарядка глубоких центров в n-области, приводящая к увеличению плотности заряда и росту напряженности электрического поля ООЗ (области объемного заряда). Таким образом, появление положительной обратной связи приводит к формированию участка ОДС. Этот прибор не имеет прямых аналогов, разрабатывался и производился в Томске. На данный момент он защищен тремя патентами (принадлежат ТГУ).
Объектом данного исследования является лавинный S-диод, изготовленный на основе структур, полученных диффузией глубоких примесей в GaAs в открытой системе.
Согласно литературным данным, ранее диффузия хрома в GaAs проводилась c помощью отжига в вакуумированных кварцевых ампулах.
Новая технология обладает рядом преимуществ по сравнению с ранее используемой:
1) экономическая выгода, связанная с дороговизной кварца, который является расходным материалом при диффузии в закрытой системе;
2) уменьшение количества технологических операций в процессе производства лавинных S-диодов (необходимо только провести отжиг пластины GaAs: Cr, Fe) приводит к уменьшению брака, и как следствие к уменьшению себестоимости продукта;
С другой стороны, структуры, изготовленные диффузией, в проточной инертно-восстановительной системе обладают другим спектром собственных структурных дефектов, вследствие того, что диффузия проводится при пониженном давлении паров летучего компонента - мышьяка.
Ранее исследование таких структур не проводилось. В связи с этим в настоящей работе проводится исследование влияния новой технологии на электрические характеристики структур из GaAs, легированных Fe и Cr.
В представленной работе исследовались вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики лавинных S-диодов. В ходе работы была проанализирована литература, в которой рассматривались механизмы, влияющие на вид электрических характеристик лавинных S-диодов. По окончании исследования были получены следующие результаты:
1. Измерены вольт-амперная характеристики лавинных S-диодов, структур n-v-n- и n-n-типа. Измерения проводились при температурах от 9° до 75°C. Установлено, что ВАХ структур n-n-типа разбивается на три участка:
1) 0.01+0.1 В - омическая зависимость.
2) 0.1+3 В - генерационный ток.
3) 3+61 В - лавинный микроплазменный пробой J-exp(yU).
Таким же образом на три участка разбивается ВАХ структур n-v-n-типа:
1) 0.01+0.1 В - омическая зависимость.
4) 0.1+3 В - генерационный ток.
2) 3+200 В - эффект сильного поля ]~ехр(Сф-и™).
2. Измерены вольт-фарадные характеристики лавинного S-диода, структур n-v-n- и n-n-типа, при различных частотах f=10 кГц и f=1 МГц. Измерения проводились при температурах от 9° до 75°С.
1) Установлено, что для структур n-n-типа при приложении обратного смещения ёмкость n-n-перехода уменьшается. Построив ВФХ в различных координатах, было выявлено, что электронно-дырочный переход имеет ступенчатый тип.
2) Для структур n-v-n-типа: тип n-v-перехода установить не удалось. Также было установлено, что ёмкость n-v-перехода не зависит от напряжения, то есть ведёт себя как конденсатор.
3. Проведено сравнение с известными литературными данными:
Полученные вольт-амперные характеристики имеют такой же вид и соответствуют ранее приведенным (например, на рис. 1.4). Вольт-фарадные характеристики для диодов серии AS2 соответствуют ранее изученным (например, на рис. 1.11). Лавинные S-диоды, полученные по новой диффузионной технологии в открытой системе имеют такие же параметры, как и для структур, полученных по технологии, когда диффузия хрома в GaAs проводилась c помощью отжига в вакуумированных кварцевых ампулах.
