Электрические характеристики диодов Шоттки на основе полупроводников GaP для создания преобразователей солнечной энергии

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИОДОВ ШОТТКИ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ СаР ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

С.В. Кузубов, преподаватель, к.ф.-м.н.

А.С. Мальцев, старший преподаватель, к.т.н.

Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж

Поверхность полупроводников фосфида галлия имеет высокую плотность поверхностных электронных состояний (ПЭС), связанную с образованием собственных оксидов или иных адсорбатов [1]. Обработка в газообразных и жидких халькогенсодержащих (сера, селен) средах [2] является эффективным способом модифицирования электронной и кристаллической структуры поверхности полупроводников AIIIBV. Обработка поверхности GaP в парах Se2 приводит к формированию гетероструктуры Ga2Se3 на GaP, которая может быть использована в качестве преобразователей солнечной энергии. Поэтому достижение низкой концентрации центров безызлучательной рекомбинации на границах раздела с участием GaP является актуальной задачей.

Образцы для исследований получали обработкой в парах селена в следующих технологических режимах: температура подложки от 400 °С до 530 °С, длительность процесса от 5 до 10 минут, парциальное давление паров селена в реакторе 1,5 Па.

На микродифракционном изображении от поверхности GaP(111) после отжига в парах селена при температуре подложки 450 °С и времени обработки 5 минут проявляются сверхструктурные рефлексы реконструкции (V3W3)-R300. Систему сверхструктурных рефлексов можно отнести именно к образовавшейся фазе Ga2Se3(111). Изменение периода идентичности на поверхности (111) связано с упорядочением 33,3 % стехиометрических вакансий в слое халькогенида AIII2BVI3(111). Элементарная ячейка такой поверхности по геометрическим размерам соответствует элементарной ячейке реконструированной поверхности GaP(111)(V3xV3)-R300. Предложенная структура поверхности Ga2Se3(111) полностью удовлетворяет условию электронейтральности и стехиометрии на границе раздела, что обуславливает снижение плотности электронных состояний.

При увеличении температуры подложки до 530 °С, на микродифракционных изображениях исследуемых гетероструктур отсутствуют сверхструктурные рефлексы (V3xV3)-R300, а проявляются только рефлексы, отвечающие фазе GaP(111). С учётом того, что параметры решёток плёнки Ga2Se3 и подложки GaP практически совпадают (5.42 А и 5.44 А) дифракционные отражения этих фаз совпадает.

Измерялись вольт-амреные (ВАХ) и вольт-фарадные (ВФХ) характеристики диодов Шоттки, полученных термическим напылением контактов из Al и Au на подложки GaP до и после обработки в парах Se2.

Исследовались обработки при температурах подложек 400, 450 и 530 °С.

Диоды Шоттки, полученные на подложках GaP сразу после химико-динамического полирования (ХДП), характеризуются закреплением уровня Ферми. Это проявляется в близких значениях высот потенциального барьера Фб для контактов из Al с работой выхода электронов 4,18 эВ и Au - 5,2 эВ. В идеальном пределе Шоттки-Мотта, когда поверхностные электронные состояния отсутствуют и уровень Ферми откреплён, высота барьера Фб для контактов из Al должна составлять 0,3 эВ, а для контактов из Au - 1,2 эВ. Но значения Фб из ВАХ и ВФХ для пар контактов Al и Au различаются меньше, чем на 0,1 эВ (табл.). Что указывает на закрепление уровня Ферми на ПЭС. Высоты барьеров соответствуют пределу Бардина. Причём высота барьера, измеренного из ВФХ, существенно выше аналогичной из ВАХ. Локализованный на ПЭС заряд может смещать ВФХ вдоль оси напряжений и завышать результат измерения по Фб на некоторую величину.

Полученные на обработанных подложках образцы характеризуются откреплением уровня Ферми, что проявляется в увеличении зависимости значений высоты потенциального барьера в диодах от работы выхода металла. Наибольшее различие значений высот барьеров с разными металлами достигается на образцах, обработанных в селене при температуре подложки 400 °С в течение 10 минут и при - 530 °С в течение 5 минут. Коэффициент идеальности п на таких диодах приближается к 1.

Наиболее корректные значения высоты барьера достигаются измерением ВФХ на частоте 104 Гц, чем на 106 Гц из-за низкой подвижности электронов в GaP и включения последовательного сопротивления подложки на высоких частотах тестового сигнала. Концентрация электронов на границе области пространственного заряда в большей степени соответствует значению по паспорту подложек 3*1017 см-3 при измерении ВФХ на частоте 104 Гц.

Результаты электрофизических измерений обработанной в Se2 при 530 °С в течение 5 минут подложки GaP, хранившейся 2 месяца на воздухе до напыления металла указывают на деградацию поверхности в атмосфере воздуха при комнатной температуре. Уровень Ферми закреплен - разница в высотах барьеров, измеренных из ВАХ, составляет ~ 0,1 эВ. Высокое значение коэффициента идеальности п говорит о рекомбинационно-генерационных процессах на поверхности полупроводника.

Таблица

Результаты измерений ВАХ и ВФХ диодов Шоттки Ме/GaP _до и после обработок в парах Se2_

ВФХ

Подложка GaP Ме ВАХ Частота измерения

104 Гц 106 Гц

ФЬ, эВ п ФЬ, эВ Ш*1017 см-3 ФЬ, эВ Ш*1018 см-3

ХДП Л! 0,82 1,89 1,55 5,72 0,75 1,8

Au 0,86 1,58 1,42 2,24 1,22 1,25

ХДП + 10 мин 400° в Se2 Al 0,78 1,6 0,85 5,53 0,2 0,94

Au 1,14 1,45 1,2 2,8 1,14 0,84

ХДП + 5 мин 450° в Se2 Al 0,83 3,8 0,5 0,82 2,5 13

Au 1,06 2,08 0,47 0,53 3,1 12

ХДП + 5 мин 530° в Se2, хранилась 2 месяца до напыления Ме Al 0,91 2,03 1,3 1,8 1,03 1,27

Au 1,1 1,75 1,9 1,14 1,14 0,83

ХДП + 5 мин 530° в Se2 Al 0,68 1 0,87 4,8 0,52 0,8

Au 0.98 1,15 1,5 4,8 1,47 0,74

Открепление уровня Ферми и снижение плотности ПЭС связывается нами с реконструкцией поверхности GaP, возникающей в результате обработки в Se2. На всех диодах Шоттки, полученных напылением металла сразу после обработки в парах Se2, наблюдается открепление уровня Ферми.

Список использованной литературы

1. Сысоев Б.И., Безрядин Н.Н., Котов Г.И., и др. Пассивация поверхности GaAs(100) халькогенидами галлия AIII2BVI3(110). // Физика и техника полупрводников. 1995. - Т. 29. - № 1. - С. 24-32.

2. Безрядин Н.Н., Котов Г.И., Кузубов С.В., и др. Наноразмерный слой фазы AIII2BVI3(111) с упорядоченными вакансиями катиона на GaAs(111) и InAs(111). // Кристаллография. 2010. - Т. 55. - № 3. - С. 526-529.

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТОРОВ С ГАЗАМИ НЕЛЕТАЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ АНТИТЕРРОРИСТИЧЕСКИХ

ОПЕРАЦИЙ

Г.И. Мазуров, ведущий научный сотрудник, д.г.н., профессор Главная геофизическая обсерватория имени А.И. Воейкова,

г. С.-Петербург

А.В. Степанов, заместитель начальника кафедры, к.г.н.

ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия им. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», г. Воронеж В.И. Акселевич, доцент, к.ф.-м.н., доцент, Санкт-Петербургский университет управления экономики,

г. С.-Петербург

При движении тела за ним возникает возмущение любой среды [5]: в воде виден гидрологический след, а в воздухе не виден. След визуализируется, если в него попадает пыль или, если в нем происходит конденсация водяного пара. В итоге виден аэродинамический след.