ВЛИЯНИЕ НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИ»: ХАРАКТЕРИСТИКИ МДП-СТРУКТУР ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ МЫШЬЯКА В ЭПИТАКСИАЛЬНЫЕ ПЛЕНКИ МЛЭ IIGCDTE И ПОСЛЕДУЮЩЕГО АКТИВАЦИОННОГО ОТЖИГА
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ 7
1.1 Фундаментальные свойстиа I IgCriTe 7
1.2 Детекторы на основе Ilgi ,Cd,Te 13
2 ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ 17
2.1 Образцы .. .. 17
2.2 Экспериментальная ус га нивка 18
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 21
3.1 Измерение ВФХ структур 21
3.2 Обработка экспериментальных результатов .. 28
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 36
В настоящее время Hg£di.ATe является основным материалом для изготовлении высокочувствительных инфракрасных детекторов действующих в различных спектральных диапазонах. Структуры на основе HgxCdi-xTe перспективны для создания целого ряда приборов электроники и фотоники: лавинных фотодиодов, лазерных диодов, поверхностно-излучающих лазеров, фотодетекторов на основе поверхностно-барьерных структур, включая монолитные многоэлементные приборы [1]. Благодаря своим фундаментальным свойствам HgxCdi-xTe может использоваться для создания многоцветных фогоприемников, а также детекторов, действующих как в ближней инфракрасной области (1-3 мкм) |2], так и в дальней инфракрасной области (> 20 мкм) [3]. Основным препятствием на пути к использованию всех потенциальных преимуществ данного материала до недавнего времени оставались отсутствие решения серьезных технологических проблем получения объемною материала, таких как, отсутствие однородности, стабильности свойств, а также низкая воспроизводимость характеристик материала 14|.
Метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) Ilgi =CcLTe предоставляет возможности создания монолитных вариантов фотоприемных устройств, которые включают в себя систему обработки сигнала па основе Hgi.xCdxTe. Преимущества молекулярно-лучевой эпитаксии Hg;.xCdxTe заключаются в возможностях контролируемого изменения состава при выращивании сложных приборных структур [5].
Актуальность исследуемой проблемы определяется необходимостью модифицирования свойств эпитаксиальных пленок Hg|.xCdxTc при создании приборов оптоэлектроники с сохранением структурного совершенства приповерхностных слоев [6, 7].
Целью работы является исследование влияния на электрофизические характеристики МДП-структур (структур металл - диэлектрик - полупроводник) ионной имплантации мышьяка в эпитаксиальные пленки МЛЭ HgCdTe и последующего активационного отжига.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
4
1. Обзор литературных источников по теме работы
2. Подбор и модернизация экспериментальных методов электрических исследования характеристик эпитаксиальных пленок МЛЭ Hgi.xCdxTe.
3. Проведение экспериментальных исследовании электрофизических характеристик МДП-структур созданных на основе эпитаксиальных пленок Hg . xCdsTe подвергнутых различным технологическим операциям участвующих в создании р'-п фотодиодов, включая контрольные исходные образцы.
4. Обработка полученных экспериментальных результатов исследования электрофизических характеристик МДП-структур. Обсуждение полученных результатов.
Положение, выносимое на защиту
Проведение операции термического отжига пленок МЛЭ КРТ снижает плотность состояний в пограничном слое между диэлектрическим покрытием AI2O3 и полупроводниковой пленкой МЛЭ HgCd'i'e более чем в 2.5 раза.
Научная новизна
1. Впервые проведены систематические исспедования влияния различных технологических процессов на электрофизические свойства МДП-структур па основе эпитаксиальных пленок Hgi xCd/Te (х=0.222-0.225) с варизонными слоями, выращенного методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках из кремния, в широком диапазоне напряжений смещения и частот переменного тестового сигнала при криогенных температурах;
2. Впервые определены основные параметры границы раздела эпитаксиальных пленок Hgi-xCcLTe (х-0.222-0.225) с приповерхностными варизонными слоями с повышенным содержанием CdTe после проведения каждого технологического этапа из комплекса технологических операций по созданию р -п фотодиодов.
Достоверность полу ценных результатов подтверждается: корректностью использованных методик проведения измерений и обработки результатов при исследованиях электрофизических свойств, и отсутствием противоречий с современными представлениями о физических процессах происходящих в тестовых образцах.
Практическое применение работы
Полученные экспериментальные результаты могут применяться для подбора оптимальных режимов технологических операций создания фотоприемников инфракрасного диапазона на основе р+-п Hgi_xCdxTe фотодиодов. Показано, что проведение операции термического отжига пленок МЛЭ КРТ необходимо для снижения плотности медленных состояний в пограничном слое между пассивирующим диэлектрическим покрытием и эпитаксиальной пленкой полупроводника.
Теллурид кадмия ртути остается основным материалом для создания высокочувствительных матричных фотоприемных устройств для среднего и дальнего инфракрасного диапазонов. Сохраняется значительный интерес к исследованию МДП-структур на основе КРТ, что связано, прежде всего, с необходимостью модифицирования свойств материала в процессе создания матриц фоторезисторов и фотодиодов д/ш инфракрасного диапазона. Несмотря на значительное число работ, продолжаются исследования, направленные на оптимизацию параметров эпитаксиальных слоев и модификацию их свойств. В литературе не достаточно освещены исследования электрофизических характеристик МДП-структур па основе пленок варизомпого КРТ подвергнутых операции ионной имплантации мышьяком, хотя такие исследования необходимы для разработки матриц фокальной плоскости ПК- диапазона на основе р’-п фотодиодов.
Проведены экспериментальные исследования электрофизических характеристик VIДП-структур па основе ГЭС МЛЭ КРТ, в том числе и после проведения технологических операций отжига, ионной имплантации, ионной имплантации и активационного отжига. Значительных отличий свойств исходных пленок и пленок n-HgCdTe после активационного отжига не обнаружено. Показано, что ионная имплантация приводит к появлению высокой концентрации электронов в приповерхностном слое полупроводника (около 10’7 см^)* Смена типа проводимости приповерхностного полупроводникового слоя наблюдается только после отжига полупроводниковой пленки IlgCdTe с имплантированной примесью мышьяка, при этом наблюдается появление высокой концентрации дырок (порядка 2*10'“ см '). Для пленок после имплантации и отжига наблюдаются очень малые значения дифференциального сопротивления ОГ13, что может быть связано с большим вкладом генерации неосновных носителей заряда в переходном слое между диэлектриком и полупроводником. Проведение активационного отжига уменьшает гистерезис ВФХ, что указывает па уменьшение плотности медленных состояний в приграничном сдое между МЛЭ HgCdTe и АЬОз. Приведение термического отжига снижает величину плотности состояний в переходном слое между АЪОз и У1ЛЭ HgCdTe с (4.7-6.0)* 1011 до (1.2-1.8)* 10’1 см?.
На основании экспериментальных результатов, полученных в ходе выполнения данной работы были опубликованы две статьи в зарубежных рецензируемых журналах, которые приводятся в списке литературы данной работы.
