РЕФЕРАТ 3
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Влияние дефектов и примеси на электрические свойства пленок ОазОз 7
1.1 Полиморфизм оксида галлия 7
1.2 Электронная структура Р-ОазОз 8
1.3 Поведение примесей и дефектов в Р-Оа?Оз 9
1.3.1 Примеси в оксиде галлия 9
1.3.2 Вакансии кислорода 21
1.3.3 Вакансии галлия 22
1.4 Оптические свойства Р-Оа2Оз 24
1.5 Выводы и постановка задачи 27
2 Методика эксперимента 24
2.1 Технология изготовления образцов 28
2.1.1 Изготовление образцов на сапфировых подложках 28
2.1.1.1 Химическая обработка подложек 28
2.1.1.2 Методика нанесения электродов и нагревателя 28
2.2.2 Изготовление образцов на полупроводниковых подложках 30
2.2 Методика измерений 31
2.3 Анализ структуры и фазового состава пленок Оа2Оз 31
3. Результаты эксперимента и их обсуждения 32
3.1 Анализ образцов с помощью РДА и АСМ 32
3.2 Температурная зависимость ВАХ 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 45
Интерес в современном мире к металлооксидным соединениям, в том числе и к оксиду галлия, вызван большими возможностями их использования в приборостроении. Больщая ширина запрещенной зоны (Eg=4,8 эВ), низкие токи утечки, большие значения диэлектрической проницаемости (s=10,2 - 14,2) делают возможными создания тонкопленочных полевых транзисторов, барьеров Шоттки с обратными напряжениями вплоть до нескольких кило Вольт и датчиков УФ диапазона на основе оксида галлия.
Ga2O3 наряду с оксидом титана используют для фотокаталитического расщепления высокоомных соединений и молекул воды, для получения водорода в водородной энергетики. В статье Вонга показано, что значительно большей фотокаталитической активностью обладают поликристаллические пленки Ga2O3, подвергнутые отжигу при 873оС [1]. В этом случае в рабочих слоях оксида галлия присутствуют кристаллиты а- и P-фаз. Гетеропереход между ними обладает повышенной фотокаталитической активностью [1].
Основным требованием к датчикам коротковолнового излучения является низкая чувствительность к видимому свету, в связи с чем их называют «солнечно-слепыми». Существующие на сегодняшний день датчики УФ не удовлетворяют полному набору требований, а исследуемые материалы, например, AlGaN и алмаз, обладают рядом недостатков. AlGaN и алмаз имеют слишком широкую запрещенную зону, чтобы обнаруживать свет на протяжении всей УФ области (100-280 нм). Кроме того, трудно приготовить хорошего качества тройные соединения AlGaN с большим содержанием атомов Al. Таким образом, разработка детектирующих устройств на новых материалах представляет несомненный интерес.
Одним из способов воздействия на оптические и электрические свойства оксидных пленок является отжиг в разных температурных режимах и в разных атмосферах, включая инертные, окислительные или восстановительные газы. В частности, воздействие кислородной плазмой на пленки оксидных соединений может существенно изменять их свойства и характеристики исследуемых структур. Изучение свойств оксида галлия, полученного различными способами, способствует лучшему пониманию поведения Ga2O3 при работе в электрических полях и при воздействиях излучений с различной длиной волны. Экспериментальные данные позволят улучшить характеристики существующих приборов и создать новые устройства на основе оксида галлия.
В настоящей работе представлены данные о влияния легирования и дефектов на проводимость пленок оксида галлия и результаты измерения электрических характеристик структур Ga2O3-GaAs c пленками оксида галлия, нанесенными ВЧ магнетронным напылением.
Анализируя выше изложенные данные, приходим к выводу, что при использовании одного и того же метода нанесения пленок оксида галлия их свойства существенно зависят от материала подложки и последующих технологических обработок.
Электрофизические характеристики материала подложки (теплопроводность, тип проводимости, концентрация носителей заряда и т. д.) оказывают определяющее влияние на формирование структуры, фазавого состава, размеры зерен (если пленка поликристаллическая), их кристаллографическую ориентацию, структуру дефектов. Из наших данных следует, что пленки, выращенные на диэлектрических подложках, как правило, оказываются высокоомными, n-типа проводимости. Рост проводимости в них с повышением температуры обусловлен ионизацией глубоких донорных центров с энергией (0,98 ± 0,02) эВ ниже дна зоны проводимости. Природа этих донорных уровней не анализируется.
Независимо от типа проводимости полупроводниковых подложек, пленки оксида галлия, выращенные на монокристаллических слоях GaAs, также оказываются /7-типа. Однако проводимость таких пленок оказывается существенно выше, что объясняется возможной диффузией неконтролированных примесей из полупроводника в растущую пленку. Электрические характеристики структур Ga2Oз-полупроводник в большей степени определяются свойствами границы раздела оксид-полупроводник.
Отжиг в инертной среде при высой температуре оказывает существенное влияние на структуру и электрофизические характеристики напыленных слоев оксида галлия. Экспериментальные результаты, полученные в данной работе, не противоречат ранее опубликованным в цитируемой литературе и позволяют сделать следующие выводы:
1. Пленки оксида галлия, нанесенные на сапфировые и полупроводниковые подложки, оказываются поликристаллическими и содержат кристаллиты а- и Р-фазы. После отжига в Ar пленки переходят в Р-фазу.
2. Вольт-амперные характеристики образцов планарной конструкции (сапфировые подложки) описываются линейной зависимостью тока от напряжения. Энергия активации роста проводимости в интервале (20 - 90)°С равна (0,98 ±0,02) эВ.
3. Проводимость структур Ga2Os/n-GaAs при положительных и отрицательных потенциалах на затворе определяется эффектом Шоттки. Средняя высота потенциального барьера составляет (0,66 ±0,02) эВ.
4. На обратной ветви вольт-амперных характеристик образцов Ga2O3/p-GaAs до отжига наблюдается участок отрицательного сопротивления N-типа. После отжига пленок оксида галлия при 900 0С проводимость структур соответствует
