Исследование электрофизических свойств варизонных структур на основе элементов серы и цинка в кремнии

Ключевые слова: кремний, сера, цинк, варизонная структура.

Гетеропереходы могут быть образованы между двумя монокристаллическими или аморфными полупроводниками, между монокристаллическим и аморфным полупроводниками, однако наиболее практическое значение имеют гетеропереходы, образованные монокристаллами [1]. Образцы могут быть исследованы с помощью термозонда для определения его типа. Если тепловой зонд показывает p-тип, материал называется образцом кремния с S-компенсацией. Мы проверяем ток через термозонд материала, если он показывает n-тип для серы, это образец перекомпенсированного кремния, если он показывает только p-тип, материал будет компенсирован [2]. Причина, по которой мы обращаем внимание на серу в термозонде, заключается в том, что Zn придает КДБ p-тип (таблица 1).

Таблица 1

Si < B , ZnS > T = 1200° C t = 16 мин

Чтобы определить, насколько или на какую глубину атомы S проникли в кремний, образцы полируются до 1 мкм с помощью алмазного микропорошка, тип проверяется на каждой глубине и его удельное сопротивление измеряется с помощью четырех зондов. Если по мере продолжения процесса полировки тип образца n изменится на p-тип, концентрация атомов S на этом расстоянии будет вдвое меньше, чем у атомов, и этот предел называется пределом перехода p-n. Результаты, полученные диффузией Zn и S в материале KДБ-5, показаны в таблице 2. Выбранные условия для Si : T = 1200 ºС, t = 30 мин, m _S = 15 мг. Выбранные условия для Si : T = 1200 ºС, t = 16 мин, m _S = 2 мг (таблица 2).

Таблица 2

Каждый раз, когда мы полируем поверхность образцов КДБ-5, мы можем наблюдать материал n-типа, но увеличение его удельного сопротивления. Когда полировка достигала 150÷160 мкм, удельное сопротивление материала достигало максимального значения. Концентрация атомов S равна концентрации атомов бора на глубине 160÷170 мкм, и на этом расстоянии меняется тип материала, то есть он меняется с n-типа на p-тип [3].

Также можно почувствовать, что удельное сопротивление материала уменьшается по мере того, как мы продолжаем полировать. Продолжая полировку после 160 ÷ 170 мкм, мы можем почувствовать, что удельное сопротивление материала уменьшается. Это уменьшение продолжалось до тех пор, пока полировка не достигла 200 ÷ 235 мкм, и можно было видеть, что материал приближается к своему исходному состоянию. Итак, согласно нашей новой технологии, атомы S проникли в кремний настолько глубоко, что у нас осталось 2,12 (см. рис.1).

.

Обобщая все полученные результаты, мы видим, что при диспергировании поступающих атомов ZnS в кремний, в нем образуется гетероструктура.

Как можно увидеть из рис. 1, когда атомы с одновременно диспергируются в кремнии при одинаковой температуре, их глубина проникновения и поверхностная концентрация дают другой результат. Следовательно, на рисунке 1 мы можем видеть влияние атома Zn во время диффузии атомов S. В дополнение к S pn-переходу, S оказывает такое же влияние на атомы Zn. Таким же образом изменяется и подвижность электронов. То есть чем меньше концентрация электронов, тем больше подвижность, что можно увидеть из рисунка, представленного ниже [4].

Как было отмечено выше, варизонное свойство соединения ZnS диффундируется в фазу. С другой стороны, известно, что варизон — это структура, образованная комбинацией веществ с разными запрещенными зонами. Чтобы лучше понять эту структуру, мы рассмотрим второй метод диффузии, то есть метод одновременной диффузии. В этой технологии оба входа помещаются в одну ампулу и диффундируют при температуре и времени, определенных на основе расчетов.

В качестве основного был выбран материал КЭФ-1. Причина в том, что мы не можем определить, какое значение дает Zn после диффузии, если мы диффундируем в материал KDB. Потому что Zn дает и KDB, и p-тип.

Мы установили время T = 1150°C, t = 10 часов для одновременной диффузии и выполнили процесс диффузии. Из предыдущих результатов известно, что при диффузии серы в материал толщиной 1 мм при T = 1200°C, t = 5 часов происходит диффузия обиона. Zn полностью абсорбировался материалом при этой температуре, когда происходила диффузия t = 30 мин. По окончании процесса диффузии ампулу достаем из духовки и чистим в химчистке. Для сравнения результатов диффузии в печь залили 4 ампулы с разными исходными материалами. Это 1) S 2) Zn 3) ZnS 4) исходный.

Результаты измерения рассеянного материала показали, что оба контрольных входа были диффузными по всему объему материала. Однако входы ZnS показывают противоположные результаты для рассеянного материала. То есть поверхность материала дает тип серы 17–18 мкм, т. е. тип n. От 18 мкм до 20 мкм Zn дает p тип, то есть тип p, а остальное дает выходное значение. Из этого можно сделать вывод, что в процессе диффузии два вводных вещества сначала соединяются друг с другом, а затем входят в материал. По этой причине два вводных вещества не могли проникнуть глубоко в кремний из-за взаимодействия друг с другом. Это создает основу для создания новой структуры с помощью разработанной технологии одновременной диффузии примесных атомов цинка и серы.

Литература:

1. Астров Ю. А., Козлов В. А., Лодыгин А. Н., Порцель Л. М., Шуман В. Б., Gurevich E. L.// Перераспределение глубоких примесий селена и серы в кремнии при легировании поверхности фосфором // Физика и техника полупроводников. — Санкт–Петербург, 2009. — Т. 43. — В. 6– С. 739–744.

2. Бахадырханов М. К., Зикриллаев Н. Ф., Нокулов Н и др. О концентрации электраактивних атомов элементов переходных групп в кремнии// Электронная обработка материалов. — Кишинев, 2005. — № 3 — С. 213–216.

3. Лагунова Т. С., Воронина Т. И., Михайлова М. П., Моисеев К. Д., Самохин Е., Яковлев Ю. П. Взаимодействие носителей заряда с локализованными магнитными моментами марганца в гетероструктурах р -GaInAsSb/ p -InAs:Mn // Физика и техника полупроводников. — Санкт–Петербург, 2003. — Т. 37. — В. 8. — С. 901–907.