АННОТАЦИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Полупроводниковые детекторы ионизирующего излучения 6
1.1 Основные сведения о полупроводниковом детекторе ионизирующего излучения 6
1.2 Теория формирования вольт - амперных характеристик 8
1.2.1 Термоэлектронная эмиссия 8
1.2.2 Эффекты в сильных электрических полях 12
1.2.3 Вольт - амперные характеристики структур металл - GaAs - металл 15
1.3 Состояние поверхности арсенида галлия 21
1.4 Влияние поверхности на свойства барьеров Шоттки 22
1.5 Выводы по литературному обзору и постановка задачи 23
2 Методика эксперимента 24
2.1 Исследуемые образцы 24
2.2 Сканирующая зондовая микроскопия 26
2.3 Схема измерения вольт - амперных характеристик детекторов 28
2.4 Расчет распределения напряженности поля 28
3 Экспериментальные результаты 29
3.1 Исследование морфологии поверхности 29
3.2 Вольт - амперные характеристик 32
3.3 Моделирование распределения напряженности поля 36
3.4 Анализ полученных данных 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 41
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 44
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 46
Арсенид галлия, компенсированный хромом, является перспективным материалом для создания матричных детекторов рентгеновского излучения, работающих в диапазоне энергий от 10 до 40 кэВ. В данном диапазоне арсенид галлия является оптимальным материалом, так как обладает лучшим коэффициентом поглощения в сравнении с кремнием, а также выигрывает в ценовых показателях у других составных полупроводников. Но задачи, решение которых возможно при помощи современной микроэлектроники, требуют уменьшения исполнительных элементов интегральных микросхем, а как следствие повышаются требования к свойствам поверхности полупроводника, таким как шероховатость поверхности, чистота, отсутствие окислов. Это связано с тем, что именно поверхность определяет электрофизические свойства границы раздела. Поэтому появилась задача оптимизации технологического процесса и контроля влияния различных способов обработки поверхности на вольт - амперные характеристики, исходя из которых, можно определить некоторые важные характеристики для арсенидгаллиевых сенсоров рентгеновского излучения.
Технологический процесс, во-первых, является достаточно затратным процессом, как с точки зрения бюджета, так и с точки зрения времени, а во-вторых, на некоторых стадиях может ухудшать свойства поверхности материала. Поэтому требуется уменьшение количества операций, но при этом необходимо сохранение требуемых характеристик детекторов.
Важной характеристикой для детекторов является уровень темнового тока, для контроля которого используются вольт - амперные характеристики. Отсутствие экспериментальных данных о влияние обработки поверхности арсенида галлия на уровень темнового тока явилось предпосылкой для проведения данных исследований.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы было проведено исследование поверхности GaAs:Cr при помощи атомно - силовой микроскопии, измерение вольт - амперных характеристик арсенидгаллиевых сенсоров рентгеновского излучения и проведено моделирование распределения напряженности поля в зависимости от шероховатости поверхности.
Установлено:
- наименьшее значение среднеквадратичной шероховатости
наблюдается при полном цикле обработки с травлением, то есть с точки зрения морфологии поверхности данный способ является самым эффективным;
- вольт - амперные характеристики детекторов являются симметричными во всем диапазоне и имеют характерные участки линейной (0,181,3 В), сублинейной (1,29-18,21 В) и сверхлинейной (от 20В) зависимости;
- наименьшее значение плотности тока наблюдается при полном цикле обработки с травлением, так как отсутствует модуляция проводимости за счет меньшего значения шероховатости;
- при обработке без финишной полировки наблюдается модуляция проводимости, так как на микроостриях формируются области с повышенной напряженностью электрического поля. В данных областях определяющими являются эффекты сильного поля: эффект Шоттки и эффект Пу
