Реферати українською » Коммуникации и связь » Створення низькорозмірних середовища в арсеніді галію для пристроїв мікро-та наноелектроніки


Реферат Створення низькорозмірних середовища в арсеніді галію для пристроїв мікро-та наноелектроніки

Страница 1 из 3 | Следующая страница

>ВЫПУСКНАЯКВАЛИФИКАЦИОННАЯ РОБОТА

у вигляді бакалаврської роботи

Створеннянизкоразмерной середовища в арсеніді галію для пристроїв мікро- і наноелектроніки


>СОДЕРЖАНИЕ

Запровадження

1.Арсенид галію як перспективний матеріал мікро- і наноелектроніки

1.1 Властивості й застосування арсеніду галію

1.2Пористая матриця арсеніду галію і її структурні властивості

1.3Оптические властивості пористої матриці

2. Формуваннянизкоразмерной середовища в арсеніді галію

2.1 Дослідження електрофізичних параметрів вихідного монокристалічного арсеніду галію

2.1.1 Визначеннякристаллографической орієнтації підкладок

2.1.2 Визначення типу провідності підкладок методомтермо-ЭДС

2.1.3 Визначення концентрації основних носіїв заряду

2.2 Формування пористої матриці в арсеніді галію

2.2.1Электрохимия напівпровідників

2.2.2 Технологічні умови формування пористого арсеніду галію

3. Дослідження пористого арсеніду галію

3.1 Структурні властивості

3.1.1Оптическая мікроскопія

3.1.2 Електронна мікроскопія

3.2 Електричні властивості

3.3Оптические властивості

Укладання

Список використаних джерел


ЗАПРОВАДЖЕННЯ

Нині основним матеріалом функціональної електроніки єареснид галію, як найбільш універсальний за своїмиелектрофизическим властивостями із усіх напівпровідникових матеріалів типу.

Фізико-хімічні властивості пористих напівпровідників досить давно привертають увагу дослідників, які використовують подібні матеріали в технології напівпровідникових приладів та інтегральних мікросхем. Так, пористий кремній, отримуваний зазвичай методом електрохімічного травлення, широко використовують у технології «кремній надиелектрике», до створення які проводять шарів, соціальній та ролі підкладок длягетероепитаксии [6]. Зацікавлення пористим напівпровідникам помітно зріс після виявлення інтенсивноїфотолюминесценции у пористої модифікації кремнію – спочатку напівпровідника зі слабкоюизлучательной здатністю [7–10]. Умови отримання й властивості пористого арсеніду галію наразі залишаютьсямалоизученними. У літературі зустрічаються лише уривчасті дані, які свідчать про можливостей його отримання методом електрохімічного травлення [11–13].

Відповідно до літературним даним, процеспорообразования в арсеніді галію іде за рахунок схемоюпорообразования кремнію, але з своєї специфікою: результати досліджень свідчать, що верстви пористого арсеніду галію маютьнестихиометричний склад з великим надлишком атомів миш'яку. Встановлено, щоскелетную основу шарів становлятьстолбики-перегородки, розділені системою пір, орієнтованих вздовжкристаллографического напрями [111].Пористие верстви зберігаютьмонокристаллическую структуру підкладки, але може мати змінений параметр ґрати –а/а.


1Арсенид галію як перспективний матеріал мікро- і наноелектроніки

1.1 Властивості й застосування арсеніду галію

>Арсенид галію – одне із перспективних напівпровідникових матеріалів, який, завдяки своїм властивостями знаходить широке використання у розробці нових типів напівпровідникових приладів.

Деякі електронні властивостіGaAs перевершують властивості кремнію. Носії заряду в арсеніді галію мають вищої рухливістю, що дозволяє працювати на частотах до 250 ГГц. Також прилади з урахуваннямGaAs генерують менше шуму, ніж кремнієві устрою тій самій операційній частоті. Через вищого напруги пробою вGaAs ніж у Si ці прилади можуть працювати у більшої потужності. Ці властивості роблятьGaAs широко що застосовуються у мобільні телефони, твердотільнихлазерах, деяких радарних системах. Напівпровідникові прилади з урахуванням арсеніду галію мають вищу радіаційну стійкість, ніж кремнієві, що обумовлює його використання за наявності радіаційного випромінювання (наприклад, в сонячні батареї у космічній техніці).

Основне застосування має:

1)Полуизолирующий (>ПИ)GaAs з великим питомим опором (107Ом.см). Використовується під час виготовлення високочастотних інтегральних схем (ІВ) і дискретних мікроелектронних приладів. Крім високого питомої опору монокристали нелегованогоGaAs, застосовувані у виробництві високочастотних приладів (особливо з допомогою технологій іонної імплантації), повинен мати високі значення рухливості носіїв заряду і високі макро- і мікроскопічну однорідність розподілу властивостей як і поперечномусечении, і за довжиною вирощених зливків.

2)Легированний кремніємGaAsn-типа провідності з низькою щільністюдислокаций. Застосовується під час виготовлення світлодіодів і лазерів. Монокристали сильно легованого кремнієм (1017–1018см-3)GaAs, крім високої провідності, повинні мати досить досконалої кристалічною структурою. Вони широко використовують у оптоелектроніці виготовленняинжекционних лазерів,свето- і фотодіодів,фотокатодов, є прекрасним матеріалом для генераторів НВЧ-коливань, застосовуються виготовлення тунельних діодів, здатних працювати у вищих температурах, ніж кремнієві і вищих частотах, ніжгерманиевие.

3) Монокристали арсеніду галію, леговані хромом, використав інфрачервоної оптиці.

4) МонокристалиGaAs, леговані цинком чи телуром, застосовують у виробництвіоптоелектронних приладів.

1.2Пористая матриця арсеніду галію і її структурні властивості

>Пористий арсенід галію отримують шляхом електрохімічногоанодирования монокристалічногоGaAs. Як електроліту найчастіше використовуються водні розчинифторводородной кислоти (>HF), і навіть її суміші з соляної (HCl) і азотної (>HNO3) кислотами.

>Электрохимическое анодування пластин можна проводити вгальваностатическом іпотенциостатическом режимах. У першому випадку через пластинуGaAs пропускається струм постійної на всьому протязі експерименту амплітуди, тоді як ізпотенциостатическом режимі постійним залишається напруга. Проте внаслідок причини низької технологічної ефективностіпотенциостатического методу, в переважну більшість експериментів використовуєтьсягальваностатический метод.

Через війну реакції електрохімічного травлення лежить на поверхніGaAs можуть утворюватися хімічні сполуки типу , маютьалмазоподобную формукристаллити , а при травленні вхлорсодержащем розчині ще й .

У зв'язку з тим, щопорообразования проходить з участю дірок, які концентрація вGaAsn-типа дуже мала, виникла потреба створення додаткових умов їхнього генерації. Найчастіше цієї мети застосовують імпульсний джерело висвітлення, світлом що його процесі травленняподсвечивается зразок.

>Пористомуарсениду галію, як іпористому кремнію, властиво значне збільшення площі поверхні – до 600м2/см3.

УGaAs пори ростуть вздовжкристаллографического напрями [111] (малюнок 1). Отже, в пластинах орієнтації (111) пори ростуть перпендикулярно поверхні, а пластинах орієнтації (100) з точки ~35°.

Малюнок 1 –Перпендикулярний поверхні зростання пір на пластині орієнтації (111)

Залежно від багатьох чинників (щільність струму, викликаного через зразок, кристалографічна орієнтація пластини, тип провідності, рівень легування, склад парламенту й температуратравителя, наявність або відсутність підсвічування, стан поверхні), пористі верстви можуть дуже сильно різнитися за своїми структурнимсвойствам[14, 15].

У разі, коли діаметр пір більше 50 нм, свідчать про наявністьмакропористой структури; при діаметрі пір від 50 нм до 5 нм говорять промезапористом шарі, у разі діаметра пір менше 5 нм говорять промикропористой структурі шару.

Для зразківp-типа, як свідчать автори роботи [15], формування лежить на поверхні піркристаллитов немає, як це було у разі деяких зразків пористогоn-GaAs. У той самий час сумарне кількість атомів кисню, що у формуванні оксидних зв'язків лежить на поверхнінанокристаллов виявилося майже рівним. Слід зазначити, що інтенсивністьфотолюминесценции в зразках пористогоp-GaAs істотно нижчий, ніж у зразках пористогоn-GaAs, а становище самого пікафотолюминесценции зрушено в червону область спектра. Структура пористого шаруp-GaAs менш однорідна, розміринанокристаллов коливаються не більше від десятків до сотень нанометрів. Що стосуєтьсяn-GaAs розміринанокристаллов і дисперсія значень середнього діаметра значно коротші, ніж у зразкахp-GaAs.

Як у роботі [13], приелектролитическом травленніn-GaAs () в розчинах HCl, починаючи з щільності струму близько лежить на поверхні зразків утворюєтьсятемная щільнапленка, міцносцепленная з підкладкою. При щільності струму більшої утворюється товстий шар, легкоотделяющийся від підкладки. При ще великихплотностях струму ця верства розсипається в дрібний порошок в процесі електролізу. Заміна розчинника (води) наводно-етаноловую суміш (1:1) знижує поріг «розсипання» приблизно 2 разу.

>Электролит, яке у своєму складі утворює лежить на поверхніGaAs тонкутемную плівку вже за кілька секунд після занурення до нього зразка без пропускання струму, тобто діє і як хімічнийтравитель. Подальший електроліз у томуелектролите призводить до утворення товстих шарів пористого арсеніду галію, як і і за хімічному травленні в розчинах HCl.

А в результаті суто хімічного травлення утворюються тонкі однорідні чорні верстви, товщина яких слабко від часу травлення.

1.3Оптические властивості

Говорячи про оптичних властивості пористого арсеніду галію, насамперед варто згадати йогофотолюминесценцию (ФЛ). Як стверджує автори роботи [13], усі верстви характеризуються наявністю ФЛ винфракрасной(ИК) області спектра, близька до смузі випромінювання підкладки. Така сама смуга ІК випромінювання зокрема у спектрах вільних (відділених від підкладки) плівок й у порошкоподібномупористом арсеніді галію. Ці спостереження свідчать, що одержувані внаслідок електролітичного травлення верстви є губчаті освіти. Всім шарів, вирощених наподложках з спостерігається зрушення ІК максимуму вдлинноволонвую область спектра і розширення смуги ФЛ (малюнок 2, а). Той самий зрушення максимуму, але не матимутьуширения смуги практикується в зразків з (малюнок 2, б).


>Пунктирная лінія – спектр вихідного арсеніду галію, суцільна – його пористого шару

а – підкладка з , б –  

Малюнок 2 – Порівняння ФЛ зразків вихідного арсеніду галію та її пористих шарів

Усі зразки пористогоGaAs мають ФЛ в видимій ділянці спектра. Інтенсивність і форма смуги залежить від умов формування шарів. Найбільшою інтенсивністю, попри малу товщину, мають «хімічні» верстви. У цих шарів переважає ФЛ у червоній області спектра, тоді як «електрохімічних» шарів характернадвугорбая крива з яскравішим короткохвильовим максимумом.

Зрушення основний фазифотолюминесценции зразків пористогоGaAs, отриманих аноднимтравлением, проти кристалічнимGaAs то, можливообъяснен, якщо припустити, що відбувається розмірне квантування енергії носіїв струму внаслідок освітинанообъектов. Виробляючи оціночні розрахунки, визначають приблизний розмірнанокристаллов, випромінювання визначає максимальну енергію спектра випромінюванняфотолюминесценции для пористого шару. Наприклад, у його пористих зразкахn-типа, у яких максимумфотолюминесценции розташовується при енергії 1,85–2,52еВ, розрахунок дає розміринанокристаллов від 5 до 8 нм.


2 Формуваннянизкоразмерной середовища в арсеніді галію

2.1 Дослідження електрофізичних параметрів вихідного монокристалічного арсеніду галію

2.1.1 Визначеннякристаллографической орієнтації підкладок

Передусім слід зазначити експрес-метод визначеннякристаллографической орієнтації пластин – характером відколу.Пластини орієнтації (100) при розколі утворюють прямий кут, тоді як пластини орієнтації (111) утворюють кут, рівний 60 градусів.

Зліва – пластина орієнтації (111), справа – орієнтації (100)

Малюнок 3 – Визначеннякристаллографической орієнтації пластин характером розколу

З іншого боку, на відміну аморфних тіл майже всі властивості кристалічних речовин з різних напрямів різні. Зокрема, при хімічному взаємодії кристалів зтравителями розчинення їх граней з різнихкристаллографическим напрямам, зазвичай, приміром із різними швидкостями.

При травленні у слабкійтравителе протягом багато часу в локальної області кристала, з його гранях утворюються правильні постаті, спостережувані під мікроскопом, які дістали назву постатей травлення. Встановлено, що постаті травлення в різних кристалографічних площинах різні. Так, на пластинах зкристаллографической орієнтацією (100) постаті травлення прагнуть набути вигляду квадратів, тоді як у пластинах (111) – трикутників [5].

 а

 б

Малюнок 4 – Постаті травлення пластин арсеніду галію орієнтації: а – (100); б – (111)

 а

 б

Малюнок 5 –Ямки травлення пластин арсеніду галію орієнтації: а – (100); б – (111)

По геометрії постатей травлення можна судити орієнтацію кристала, і навіть про йогомонокристалличности. Якщо зразок технічно нескладне собою монокристала, у різних куточках одному й тому ж межі постаті травлення будуть різними [5].

У таблиці 1 наведено найпоширеніші склади селективнихтравителей для арсеніду галію.

Таблиця 1 –Селективниетравители для арсеніду галію

Складтравителя Коментарі

2–4 хв., виявленнядислокаций

10 хв, виявленнядислокаций

Прояв кордонів зерен

2.1.2 Визначення типу провідності підкладок методомтермо-ЭДС

Методтермо-ЭДС у тому, що з аналізованихполупроводником вводять у зіткнення розігрітий до50–70°С зонд і щодо холодної частини зразка визначається знактермо-ЭДС. При визначенні типу провідності даним методом виникає запитання про концентраціяхлегирующей домішки, у яких можливо достовірне визначення розміру й знакатермо-ЭДС. У цьому можна розгледіти два граничних випадку: концентраціялегирующей домішки дуже мала, що відповідає власному напівпровідникові, і концентраціялегирующей домішки дуже великий, що відповідає металам.

Розглянемо механізм виникненнятермо-ЭДС. При дотику гарячого зонда до напівпровідникові у тому виникає градієнт температури. Внаслідок цього у зразку з'являється градієнт середньої енергії і градієнт концентрації носіїв заряду. Це спричиняє виникненнюдиффузионного потоку носіїв заряду, тобто до виникнення струму. Через війну поділу носіїв заряду, всередині зразка утворюється електричне полі, яке породжує компенсуючий потік носіїв заряду. Між гарячим зондом й холодною частиною зразка виникає різницю потенціалів. За формулою (1)термо-ЭДС напівпровідника визначається двома складовою частиною, кожна з яких відповідає внеску,вносимому електронами і дірками, причому складові мають протилежні знаки.

Що стосується електронного напівпровідника в розігрітою області зразка виникає позитивний об'ємний заряд, вдирочномполупроводнике навпаки.

 (1)

де а – питоматермо-ЭДС;

>Nc,Nv – ефективні щільності станів у зоні провідності й у валентною зоні;

>k – сталаБольцмана;

п, р – концентрації електронів і дірок;

>n,р – рухливості електронів і дірок;

е – елементарний заряд.

Для власного напівпровідника величинатермо-ЭДС визначається лише шириною забороненої зони і співвідношенням рухливості електронів і дірок. При визначенні типу провідностіслаболегированного зразка може виникнути проблема, пов'язана з наступній причиною. Оскільки рухливість електронів вище рухливості дірок, то знактермо-ЭДС власного напівпровідника відповідатиме знакутермо-ЭДС електронного напівпровідника. Тому, за визначенні типу провідностіслаболегированного напівпровідника може виникнути помилка.

За формулою (1) величинатермо-ЭДС залежить тільки від концентрації носіїв, а й від своїх рухливості. Позаяк рухливість електронів більше рухливості дірок, при деякою температурі усе веде до інверсії знака удільноїтермо-ЭДС. Причому особливо це у напівпровідників з дешевше ступенем легування.

Отже, у разі неможливо визначити тип напівпровідника за сигналомтермо-ЭДС [1].

2.1.3 Визначення концентрації основних носіїв заряду

Як відомо, саме основні носії заряду вносять основний внесок у електропровідність напівпровідника. Отже, виникає можливість визначити концентрацію основних носіїв заряду непрямим методом через вимір питомої опору пластини напівпровідника [1].

Опір пластини визначаєтьсячетирехзондовим методом – його виміру електричного опору єраспространенним. Крім високих метрологічних показників перевагучетирехзондового методу у тому, що його застосування непотрібеномических контактів до зразком, можливо вимір питомої опору об'ємних зразків найрізноманітнішої форми і збільшення розмірів, і навіть питомої опору верств напівпровідникових структур. Умовою щодо його застосування з погляду форми зразка служить наявність пласкою поверхні, лінійні розміри якої перевершують лінійні розміри системи зондів.

Метод у тому, що пласкою поверхні зразка вздовж прямий лінії притискають чотири металевих контакту (зонда), віддалених друг від друга на відстань P.S (малюнок 6).

Малюнок 6 – Схема визначення питомої поверхового опоручетирехзондовим методом

До крайнімзондам докладають напруга джерела Е1 рахунок чого створюється струмI14. Струм входить у плівку через один контакт, розтікається по плівці і виходить через інший контакт. за рахунок проходження струму по плівці між точками торкання середніх зондів відбувається падіння напругиU23, що

Страница 1 из 3 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація