Электрические характеристики структур Au/n-GaAs с тонкими и толстыми диэлектрическими слоями SiO2

Автор: Мелебаев Даулбай

Организация: ТГУ

Населенный пункт: Туркменистан, г. Ашхабад

Цель данной работы объяснить влияние толщины слоя изолятора SiO₂ на электрические свойства диодов с барьерами Шоттки Au/n-GaAs. Тонкие (60 Å) и толстые (250 Å) слои изолятора наносились на подложку GaAs n-типа с использованием улучшенного метода плазменного химического напыления. Вольт-амперная (I-V) и вольт-фарадная (C-V) характеристики измерялись при комнатной температуре. Были исследованы основные электрические параметры, такие как фактор идеальности (n), нулевая высота барьера (ϕ_В0), последовательное сопротивление (R_s), ток утечки и состояния на границе раздела (N_ss) для Au/SiO₂/n-GaAs диодов с барьером Шоттки (ДБШ). Морфология поверхности диэлектрического слоя SiO₂ исследовалась с помощью атомно-силового микроскопа. В результате было показано, что толщина слоя изолятора SiO₂ сильно влияет на основные электрические параметры. Au/n-GaAs ДБШ с толстым слоем SiO₂ имели низкий ток утечки, маленький фактор идеальности и малое количество состояний на границе раздела. Таким образом, Au/n-GaAs ДБШ с толстым слоем SiO₂ показывают лучшие диодные характеристики по сравнению с остальными.

 

1. Введение

Диоды с барьером Шоттки (ДБШ) типа металл-окись-полупроводник имеют важное значение при их использовании в полупроводниковых приборах. Существование окисного изоляционного слоя между металлом и полупроводником имеет сильное влияние на свойства прибора такие как плотность состояний на границе раздела (N_ss), высота барьера Шоттки, фактор идеальности (n) и ток утечки [1-10]. GaAs является одним из полупроводниковых соединений типа A^IIIB^V, и его электрические параметры превосходят соответствующие параметры кремния.  То, что GaAs имеет более высокую скорость электронов при насыщении и более высокую электронную подвижность, позволяет использовать его в более высокочастотных приборах и при меньшей мощности [11-14]. Из-за этого преимущества большое внимание сфокусировано на изготовлении GaAs на оксидных устройствах с различными изолирующими слоями  улучшенным методом плазменного химического напыления SiO₂. В некоторых исследованиях [15-19] изучалось влияние межповерхностного окисного слоя и состояний на границе раздела на свойства ДБШ, и полученное распределение плотности состояний в зоне полупроводника из измерения прямой вольт-амперной характеристики. Мы в наших предыдущих работах [20-21] показали, как влияет межповерхностный окисный слой на свойства таких приборов с тонкой диэлектрической пленкой SiO₂.

В этой работе тонкие и толстые  слои диэлектрика SiO₂ наносились на высококачественную полупроводниковую подложку GaAs n-типа, чтобы понять влияние толщины диэлектрических слоев на электрические параметры структур Au/SiO₂/n-GaAs. Мы определили основные электрические параметры, такие как n, ϕ_В0 и R_s и N_ss для ДБШ на основе Au/SiO₂/n-GaAs из вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик при комнатной температуре и сравнили эти данные с другими результатами.

 

2. Экспериментальный метод

ДБШ на основе Au/SiO₂/n-GaAs структур были изготовлены на подложках GaAs n-типа с ориентацией (100) и концентрацией носителей (2-3)^.10¹⁸ см^-3. В процессе изготовления пластины GaAs погружались в перекись аммония на несколько секунд, чтобы удалить тонкий окисный слой с их поверхности. Au/Ge/Ni омические контакты наносились термическим напылением на обратную сторону пластин, и отжигались при 430^оС в течение 40 секунд. Диэлектрические слои SiO₂ толщиной 60 Å и 250 Å наносились улучшенным методом плазменного химического напыления. В качестве источника Si использовался газ SiН₄ и О₂ – как источник кислорода. ДБШ с тонким и толстым слоем изолятора SiO₂ называются, соответственно, образец 1 и образец 2. Изображение с атомно-силового микроскопа площадью 4 мкм² записывалось с помощью иглы в системе VT-STM/AFM. Среднеквадратичная величина шероховатости поверхности определялась из топографии поверхности образцов с программным обеспечением Scala Pro. Круглый Au Шоттки контакт диаметром 1 мм и толщиной 1500 Å напылялся на оба образца в вакуумной системе.

Вольт-амперная характеристика измерялась с использованием постоянного  источника тока Keithly 220 и электрометра Keithly 614 при комнатной температуре. Измерения вольт-фарадной характеристики проводились с использованием анализатора импеданса HP 4192A LF при частоте 1 МГц и малым синусоидальным сигналом 40 мВ от внешнего импульсного генератора, приложенным к образцу для создания необходимых условий.

Опубликовано: 19.12.2023