ВВЕДЕНИЕ 8
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 10
1.1. Основные процессы взаимодействия излучений с веществом 10
1.1.1. Взаимодействие заряженных частиц с веществом 10
1.1.2. Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом 11
1.2. Экспериментальные данные 13
1.2.1. Воздействие корпускулярного излучения 13
1.2.2. Воздействие электромагнитного излучения 19
1.2.3. Воздействие корпускулярного и электромагнитного излучения 30
1.3. Теоритические исследования 35
1.3.1. Равновесные модели описания контактных явлений 35
1.3.2. Неравновесная кинетика носителей заряда 36
1.3.2.1. Описание модели Роуза-Фаулера. Формулировка уравнений 36
1.3.2.2. Алгоритм решения системы 38
1.3.3. Теоретические модели описания воздействия излучения на элементы
электронной техники 43
2. АНАЛИЗ ЯВЛЕНИЙ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ 52
2.1. Контакт металл-полупроводник п-типа 52
2.1.1. Анализ толщины запирающего слоя 52
2.1.2. ВАХ для тонкого запирающего слоя 56
2.2. Контакт металл-полупроводник p-типа 57
2.2.1. Анализ толщины запирающего слоя 57
2.2.2. ВАХ для тонкого запирающего слоя 61
2.3. p-n переход 62
2.3.1. Распределение потенциала в p-n переходе 62
2.3.2. ВАХ p-n перехода 65
3. ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК P-N ПЕРЕХОДА 73
3.1. Зависимость вольтамперной характеристики (ВАХ) p-n перехода от
примесей и концентрации 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 77
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 78
В настоящее время pn переход широко используется для создания полупроводниковых приборов, и исследование свойств является актуальной и важной задачей современной физики твердого тела, поскольку зная механизмы и свойства pn перехода, можно улучшить имеющиеся приборы, а также обеспечить защиту от внешних воздействий, таких, например, как ионизирующее излучение.
На сегодняшний день существует большое количество работ, посвященных исследованию свойств p-n перехода при ионизирующем воздействии. Разработанные на сегодняшний день модели описания свойств не учитывают в полной мере их.
Модель Роуза-Фаулера еще не применялась для описания свойств p-n перехода, однако она наиболее полно описывает динамику свободных и захваченных на ловушки носителей зарядов в запрещенной зоне и позволяет определить концентрацию свободных и захваченных на ловушки носителей зарядов. Зная концентрации свободных и захваченных на ловушки носителей зарядов, можно рассчитать проводимость pn перехода.
Под действием ионизирующего излучения происходит смещение электронов, смещение атомов из узлов решётки. Происходит возбуждение и нарушение структуры решетки. Процесс возбуждения электронов с образованием электронно-дырочных пар приводит к образованию дефектов кристаллической структуры. Если электронно-дырочные пары образуются в области пространственного заряда, это приводит к возникновению тока.
Облучение заряженными частицами большой энергии приводит к ионизации и смещению атомов кристаллической решетки. При передаче высоких энергий электронам решетки образуются дельта-излучение, высокоэнергетические электроны. При передаче атомам кристаллической
решетки меньших энергий происходит возбуждение электронов и их переход в более высокоэнергетическую зону.
Проблема: способы защиты полупроводниковых приборов от
ионизирующего воздействия из-за недостаточной изученности процессов, протекающих под действием излучения.
Объектом исследования работы является p-n переход, ионизирующее излучения и процессы происходящие под действием излучения.
Предметом исследования прежде всего является p-n переход, так как p- n переход является основой для создания полупроводниковых приборов.
Целью работы является разработка метода расчета вольтамперной характеристики p-n перехода для произвольных концентраций носителей заряда в неравновесном случае.
Основной задачей является разработка метода расчета вольтамперной характеристики p-n перехода для произвольных концентраций носителей заряда в неравновесном случае, а также:
1. Анализ модели Роуза-Фаулера.
2. Разработка теории для применения неравновесной модели.
3. Численное исследование вольтамперной характеристики.
4. Анализ полученных результатов.
В результате проделанных исследований была разработана теория для применения модели Роуза-Фаулера к p-n переходу, а так же разработан метода расчета вольтамперной характеристики p-n перехода для произвольных концентраций носителей заряда в неравновесном случае.
Была найдена и изучена соответствующая литература, на основании которой был написан достаточно полный обзор, сформулирована математическая модель для описания процессов в примесных полупроводниках для неравновесного случая.
Рассмотрены поведение потенциалов и толщины запирающего слоя при различных контактах таких, как металл-полупроводник n-типа, металлполупроводник p-типа, а так же контакт полупроводник-полупроводник п- и р- типов. Полученные зависимости полностью согласуются с теорией описанной в [11].
Были получены формулы для плотности токов в п- и р- области (см. ф. (2.3.6) и (2.3.7)). Построена теоритическая ВАХ р-п перехода по данным формулам, проведен расчет вольтамперных характеристик p-n переходов на основе кремния.
