Вольт-фарадные измерения в тонкопленочных эпитаксиальных структурах GaAs
Предложен метод измерения вольт-фарадных характеристик полупроводниковых структур с участками крутого падения с использованием измерительного переменного напряжения умеренно малых амплитуд. Показано, що вольт-фарадні характеристики, що мають ділянки крутого падіння, зокрема вольт-фарадні характерист...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52309 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Вольт-фарадные измерения в тонкопленочных эпитаксиальных структурах GaAs / Н.Б. Горев, И.Ф. Коджеспирова, Е.Н. Привалов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2009. — № 5. — С. 25-28. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859765176923848704 |
|---|---|
| author | Горев, Н.Б. Коджеспирова, И.Ф. Привалов, Е.Н. |
| author_facet | Горев, Н.Б. Коджеспирова, И.Ф. Привалов, Е.Н. |
| citation_txt | Вольт-фарадные измерения в тонкопленочных эпитаксиальных структурах GaAs / Н.Б. Горев, И.Ф. Коджеспирова, Е.Н. Привалов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2009. — № 5. — С. 25-28. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Предложен метод измерения вольт-фарадных характеристик полупроводниковых структур с участками крутого падения с использованием измерительного переменного напряжения умеренно малых амплитуд.
Показано, що вольт-фарадні характеристики, що мають ділянки крутого падіння, зокрема вольт-фарадні характеристики тонкоплівкових структур GaAs, можуть бути виміряні при помірно малих амплітудах змінної напруги (порядку 100 мВ) за рахунок проведення вимірювань на двох різних амплітудах. Цей висновок підтверджено результатами числового розрахунку позірної ємності епітаксіальних структур GaAs.·
It is shown that capacitance voltage characteristics that feature steeply dropping regions, in particular those of GaAs thin-film structures, may be measured at moderately small amplitudes of the measuring AC voltage (of the order of 100 mV) at the expense of taking measurements at two different amplitudes. This conclusion is confirmed by the results of numerical calculation of the apparent capacitance of GaAs epitaxial structures.
|
| first_indexed | 2025-12-02T05:24:03Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2009, ¹ 5
25
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
18.09 2009 ã.
Îïïîíåíò ä. ô.-ì. í. Ä. Â. ÊÎÐÁÓÒßÊ
(ÈÔÏ èì. Â. Å. Ëàøêàð¸âà, ã. Êèåâ)
Ê. ô.-ì. í. Í. Á. ÃÎÐÅÂ, ê. ô.-ì. í. È. Ô. ÊÎÄÆÅÑÏÈÐÎÂÀ,
ê. ô.-ì. í. Å. Í. ÏÐÈÂÀËÎÂ
Óêðàèíà, ã. Äíåïðîïåòðîâñê, Èíñòèòóò òåõíè÷åñêîé ìåõàíèêè
E-mail: gorev57@mail.ru
ÂÎËÜÒ-ÔÀÐÀÄÍÛÅ ÈÇÌÅÐÅÍÈß
 ÒÎÍÊÎÏËÅÍÎ×ÍÛÕ ÝÏÈÒÀÊÑÈÀËÜÍÛÕ ÑÒÐÓÊÒÓÐÀÕ GaAs
Ïðåäëîæåí ìåòîä èçìåðåíèÿ âîëüò-
ôàðàäíûõ õàðàêòåðèñòèê ïîëóïðîâîä-
íèêîâûõ ñòðóêòóð ñ ó÷àñòêàìè êðóòî-
ãî ïàäåíèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì èçìåðè-
òåëüíîãî ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ óìå-
ðåííî ìàëûõ àìïëèòóä.
Âîëüò-ôàðàäíûå ìåòîäû îïðåäåëåíèÿ ïàðàìåòðîâ
ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñòðóêòóð ïðîñòû è óäîáíû. Îä-
íàêî â òàêîì ïðàêòè÷åñêè âàæíîì ñëó÷àå êàê òîíêî-
ïëåíî÷íûå ýïèòàêñèàëüíûå ñòðóêòóðû GaAs, êîòîðûå
øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ñîâðåìåííîé ìèêðîýëåêòðî-
íèêå, èõ ïðèìåíåíèå ñîïðÿæåíî ñ òðóäíîñòÿìè. Ýòî
ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî â ýòèõ ñòðóêòóðàõ íà ãðàíèöå «ïëåí-
êà�ïîäëîæêà» èìååòñÿ îáëàñòü âñòðîåííîãî îáúåì-
íîãî çàðÿäà, îáðàçîâàíèå êîòîðîé îáóñëîâëåíî ðåç-
êèì ãðàäèåíòîì êîíöåíòðàöèè ëåãèðóþùåé ïðèìåñè
â ñî÷åòàíèè ñ íàëè÷èåì íåçàïîëíåííûõ ãëóáîêèõ öåí-
òðîâ çàõâàòà â ïîëóèçîëèðóþùåé êîìïåíñèðîâàííîé
ïîäëîæêå [1]. Ñìûêàíèå ýòîé îáëàñòè ñ îáëàñòüþ
îáúåìíîãî çàðÿäà áàðüåðà Øîòòêè ïðèâîäèò ê íåâîç-
ìîæíîñòè ïåðåíîñà íà òîíêîïëåíî÷íûå ýïèòàêñèàëü-
íûå ñòðóêòóðû âîëüò-ôàðàäíûõ ìåòîäîâ, ðàçðàáîòàí-
íûõ äëÿ îáúåìíûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ [2, 3]. Êðîìå
òîãî, ñëîæíîé çàäà÷åé ìîæåò áûòü è ñàìî ïðîâåäå-
íèå âîëüò-ôàðàäíûõ èçìåðåíèé, ïîñêîëüêó ýòî æå ñìû-
êàíèå ïðèâîäèò ê ðåçêîìó ïàäåíèþ áàðüåðíîé åìêîñ-
òè ñ ðîñòîì íàïðÿæåíèÿ íà áàðüåðå Øîòòêè [1]. Ïî-
ýòîìó äëÿ òîãî, ÷òîáû èçìåðåííàÿ áàðüåðíàÿ åìêîñòü
ñîâïàäàëà ñ ôàêòè÷åñêîé, àìïëèòóäà ïåðåìåííîãî íà-
ïðÿæåíèÿ, ïðèêëàäûâàåìîãî ê áàðüåðó Øîòòêè äëÿ
èçìåðåíèÿ åìêîñòè, äîëæíà áûòü âåñüìà ìàëîé. Èç-
ìåðåíèÿ æå íà òàêèõ ìàëûõ àìïëèòóäàõ ìîãóò áûòü
çàòðóäíåíû, â ÷àñòíîñòè, âñëåäñòâèå øóìà.
 äàííîé ðàáîòå ïðåäëàãàåòñÿ ìåòîä, ïîçâîëÿþ-
ùèé èçìåðÿòü âîëüò-ôàðàäíûå õàðàêòåðèñòèêè ñ ó÷à-
ñòêàìè êðóòîãî ïàäåíèÿ ïðè ïîìîùè ïåðåìåííîãî
íàïðÿæåíèÿ óìåðåííî ìàëûõ àìïëèòóä (ïîðÿäêà
100 ìÂ), íà êîòîðûõ ðàáîòàþò ñòàíäàðòíûå èçìåðèòå-
ëè åìêîñòè.
Îáùåïðèíÿòàÿ ïðîöåäóðà èçìåðåíèÿ çàâèñèìîñòè
áàðüåðíîé åìêîñòè Ñ îò âåëè÷èíû ïîñòîÿííîãî íà-
ïðÿæåíèÿ VDC íà áàðüåðå Øîòòêè çàêëþ÷àåòñÿ â ñëå-
äóþùåì: ê áàðüåðó ïðèêëàäûâàåòñÿ ìàëîå ïåðåìåí-
ïðîãðàììèðóåìîãî ôîòîøàáëîíà â öèôðîâîé ýëåêò-
ðîííîé ëèòîãðàôèè.
Çàêëþ÷åíèå
Ïðîâåäåííûå èññëåäîâàíèÿ ïîçâîëèëè óñòàíîâèòü
îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ êîìïàêòíîé EKV-ìîäåëè ÌÎÏ-
òðàíçèñòîðà äëÿ ðàñ÷åòà õàðàêòåðèñòèê ÊÍÈ ÌÎÏ-
òðàíçèñòîðîâ. Ðàñ÷åòíûå õàðàêòåðèñòèêè ñðàâíèâà-
ëèñü ñ ýêñïåðèìåíòàëüíûìè âûõîäíûìè õàðàêòåðè-
ñòèêàìè ÊÍÈ ÌÎÏ-òðàíçèñòîðà, â êîòîðîì ïîäêàíàëü-
íàÿ îáëàñòü ñîåäèíåíà ñ èñòîêîì. Ðàçðàáîòàííàÿ ñõå-
ìà óïðàâëåíèÿ êðåìíèåâûì ìèêðîêàòîäîì îáåñïå-
÷èâàåò ëèíåéíîå ðåãóëèðîâàíèå àâòîýìèññèîííûõ òî-
êîâ â èíòåðâàëå 3 íÀ�3 ìêÀ ïðè íàïðÿæåíèè íà ýëåê-
òðîäàõ 100 Â. Ñïðîåêòèðîâàíà òîïîëîãèÿ ìèêðîêàòî-
äà, èíòåãðèðîâàííîãî ñî ñõåìîé óïðàâëåíèÿ, êîòî-
ðóþ ìîæíî ìóëüòèïëèöèðîâàòü â ìàòðèöû áîëüøèõ
ðàçìåðîâ. Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïîêàçûâàþò, ÷òî
ìàòðèöû óïðàâëÿåìûõ àâòîýìèññèîííûõ êðåìíèå-
âûõ ìèêðîêàòîäîâ ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ â êà÷åñòâå
ïðîãðàììèðóåìûõ ôîòîøàáëîíîâ â öèôðîâîé ýëåêò-
ðîííîé ëèòîãðàôèè ñ ñóáìèêðîííûì ðàçðåøåíèåì.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Colinge J. P. Silicon-on-insulator technology: Materials to
VLSI.� Norwell (Ma, USA): Kluwer Academic Publishers, 1997.
2. Ïàò. 36463 Óêðà¿íè. Ñïîñ³á âèãîòîâëåííÿ ëîêàëüíèõ òðè-
âèì³ðíèõ ñòðóêòóð «êðåìí³é-íà-³çîëÿòîð³» / ². Ò. Êîãóò, Â. ². Ãî-
ëîòà, À. Î. Äðóæèí³í, Ñ. Â. Ñàïîí.� 27.10.08.
3. Ïàò. 29698 Óêðà¿íè. Êëþ÷îâèé åëåìåíò íà ä³îäàõ Øîòòê³ ç
ñòðóêòóðàìè «êðåìí³é-íà-³çîëÿòîð³» / ². Ò. Êîãóò, Â. ². Ãîëîòà,
À. Î. Äðóæèí³í.� 25.01.08.
4. Ïàò. 29701 Óêðà¿íè. Êîíòàêò â ³íòåãðàëüíèõ ïðèñòðîÿõ ç³
ñòðóêòóðîþ «êðåìí³é-íà-³çîëÿòîð³» / ². Ò. Êîãóò, À. Î. Äðóæèí³í,
Â. ². Ãîëîòà.� 25.01.08.
5. Druzhynin A., Holota V., Kohut I. et al. The device-techno-
logical simulation of the field-emission micro-cathodes based on three-
dimensional SOI-structures // Electrochemical Society Trans.�
2008.� Vol. 14, N 1.� P. 569.
6. Gildenblat G., Zhu Z., McAndrew C. C. Surface potential equation
for bulk MOSFET / Solid-State Electronics.� 2009.� Vol. 53,
N 1.� P. 11�13.
7. Bucher M., Lallement C., Enz C. et al. The EPFL-EKV
MOSFET model equations for simulation.� EPFL, Lausanne,
Switzerland: Technical Report. Model Version 2.6.� 1997.� P. 18.
8. Angelov G. V., Asparuhova K. K. Optimization and simulation of
the EKV model using MatLab // Conf. �Electronics 2007�. Book 1.�
Sozopol (Bolgaria).� 2007.� P. 19�21.
9. Collinge J. P., Park J. T. Application of the EKV model to the
DTMOS SOI transistor // J. of semiconductor and science.� 2003.�
Vol. 3, N 4.� P. 223�226.
10. Äðóæèíèí À. À., Ãîëîòà Â. È., Êîãóò È. Ò. è äð. Ïðèáîð-
íî-òåõíîëîãè÷åñêîå ìîäåëèðîâàíèå àâòîýìèññèîííûõ êðåìíèå-
âûõ ìèêðîêàòîäîâ // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîí-
íîé àïïàðàòóðå.� 2008.� ¹ 5.� Ñ. 43�49.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2009, ¹ 5
26
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
íîå íàïðÿæåíèå sin ,ACV V t= ω% ãäå VAC è ω � àìïëè-
òóäà è êðóãîâàÿ ÷àñòîòà ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ, t
� âðåìÿ; èçìåðÿåòñÿ àìïëèòóäà IAC ïåðåìåííîãî òîêà
I% ÷åðåç áàðüåðíóþ åìêîñòü (òîêà ñìåùåíèÿ), è ñîîò-
âåòñòâóþùàÿ ïîñòîÿííîìó íàïðÿæåíèþ VDC áàðüåð-
íàÿ åìêîñòü íàõîäèòñÿ ïî ôîðìóëå
1
.AC
AC
I
C
V
=
ω (1)
Îäíàêî ôîðìóëà (1) äàåò ôàêòè÷åñêóþ åìêîñòü
òîëüêî â ñëó÷àå, êîãäà òîê I% òàêæå ÿâëÿåòñÿ ñèíóñî-
èäàëüíûì. Åñëè æå ýòî íå òàê, òî åìêîñòü, âû÷èñëåí-
íàÿ ïî ôîðìóëå (1), îòëè÷àåòñÿ îò ôàêòè÷åñêîé. Äåé-
ñòâèòåëüíî, â îáùåì ñëó÷àå ñâÿçü ìåæäó òîêîì ñìå-
ùåíèÿ è áàðüåðíîé åìêîñòüþ îïðåäåëÿåòñÿ âûðàæå-
íèåì, êîòîðîå ëåãêî ïîëó÷èòü èç îïðåäåëåíèÿ áàðü-
åðíîé åìêîñòè êàê ïðîèçâîäíîé çàðÿäà áàðüåðà Øîò-
òêè ïî íàïðÿæåíèþ:
d
( ) ,
d
V
I Ñ V
t
=% (2)
ãäå V � ìãíîâåííîå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ íà áàðüåðå
Øîòòêè; C(V) � ñîîòâåòñòâóþùåå ýòîìó íàïðÿæå-
íèþ ìãíîâåííîå çíà÷åíèå áàðüåðíîé åìêîñòè.
Ðàçëàãàÿ C(V)=C(VDC+VACsinωt) â ðÿä ïî ñòåïå-
íÿì VAC, âûðàæåíèå äëÿ òîêà ñìåùåíèÿ (2) ìîæíî
ïðåäñòàâèòü â ñëåäóþùåì âèäå:
2
2
3 4
1
( ) ( ) cos
8
1
( ) sin 2
2
1
( ) cos3 ( ),
8
AC DC DC AC
DC AC
DC AC AC
I V C V C V V t
C V V t
C V V t O V
′′= ω + ω +
′+ ω ω −
′′− ω ω +
%
(3)
ãäå øòðèõè îáîçíà÷àþò äèôôåðåíöèðîâàíèå.
Îòñþäà âèäíî, ÷òî â îáùåì ñëó÷àå òîê I% íå ÿâëÿ-
åòñÿ ãàðìîíè÷åñêèì. Êàê ïðàâèëî, èçìåðèòåëüíàÿ öåïü
âûäåëÿåò òîëüêî ïåðâóþ ãàðìîíèêó òîêà ,I% è ïîýòî-
ìó âõîäÿùàÿ â ôîðìóëó (1) àìïëèòóäà IAC ïðåäñòàâ-
ëÿåò ñîáîé àìïëèòóäó ïåðâîé ãàðìîíèêè I1. Èç (3)
ñëåäóåò, ÷òî ñ òî÷íîñòüþ äî âåëè÷èíû 4( )ACO V îíà
ðàâíà
2
1
1
( ) ( ) ,
8AC DC DC ACI V C V C V V
′′= ω +
è ïîýòîìó ôîðìóëà (1) îïðåäåëÿåò êàæóùóþñÿ åì-
êîñòü Cap, êîòîðàÿ ñâÿçàíà ñ ôàêòè÷åñêîé åìêîñòüþ
C(VCD), ñëåäóþùèì îáðàçîì:
21
( ) ( ) .
8ap DC DC ACC Ñ V C V V′′= + (4)
Î÷åâèäíî, äëÿ òîãî ÷òîáû êàæóùàÿñÿ åìêîñòü Cap
áûëà áëèçêà ê ôàêòè÷åñêîé åìêîñòè C(VDC), àìïëè-
òóäà íàïðÿæåíèÿ VAC äîëæíà óäîâëåòâîðÿòü óñëîâèþ
2 ( ) / ( ) .AÑ DC DC
V C V C V′′<< Îäíàêî èç âûðàæåíèÿ (4)
ñëåäóåò, ÷òî åìêîñòü C(VDC) ìîæåò áûòü îïðåäåëåíà
äðóãèì ñïîñîáîì, ïðè êîòîðîì âûïîëíåíèÿ ïðèâå-
äåííîãî óñëîâèÿ íå òðåáóåòñÿ. Äåéñòâèòåëüíî, ìîæ-
íî èçìåðèòü åìêîñòü Cap ïðè äâóõ àìïëèòóäàõ � VAC1
è VAC2 � è çàòåì íàéòè C(VDC) èç ïîëó÷åííîé ïðè
ïîäñòàíîâêå ýòèõ äàííûõ â (4) ñèñòåìû äâóõ óðàâíå-
íèé, ò. å.
( )
1 2
1 2
2 1
( ) ( )
( ) ( ) .
1
ap AC ap AC
DC ap AC
AC AC
C V C V
Ñ V C V
V V
−
= +
− (5)
 íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïàðàìåòðîâ
ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ñòðóêòóð è ïðèáîðîâ íà èõ îñ-
íîâå èñïîëüçóåòñÿ âîëüò-ôàðàäíàÿ õàðàêòåðèñòèêà ñ
òî÷êîé ïåðåãèáà (íàïðèìåð, äëÿ îïðåäåëåíèÿ êîíöåí-
òðàöèè íåçàïîëíåííûõ ãëóáîêèõ öåíòðîâ âáëèçè ãðà-
íèöû «ïëåíêà�ïîäëîæêà» [4], ïðîãíîçèðîâàíèÿ íà-
ïðÿæåíèÿ îòñå÷êè ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà [5], îïðåäå-
ëåíèÿ ïàðàìåòðîâ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ äåòåêòîðîâ
ãàììà-èçëó÷åíèÿ [6]). Ïîñêîëüêó â òî÷êå ïåðåãèáà
âòîðàÿ ïðîèçâîäíàÿ îáðàùàåòñÿ â íîëü, èç (4) ñëåäó-
åò, ÷òî ýòó òî÷êó ìîæíî íàéòè êàê òî÷êó ïåðåñå÷åíèÿ
êðèâûõ êàæóùåéñÿ åìêîñòè, èçìåðåííûõ ïðè ðàçëè÷-
íûõ çíà÷åíèÿõ àìïëèòóäû VAC. Òàêîé ìåòîä îïðåäå-
ëåíèÿ òî÷êè ïåðåãèáà íå òðåáóåò äâîéíîãî ÷èñëåííî-
ãî äèôôåðåíöèðîâàíèÿ èçìåðåííîé âîëüò-ôàðàäíîé
çàâèñèìîñòè, êîòîðîå ìîæåò äàâàòü çíà÷èòåëüíûå ïî-
ãðåøíîñòè.
Äëÿ ïðîâåðêè âîçìîæíîñòè îïðåäåëåíèÿ ôàêòè-
÷åñêîé åìêîñòè îïèñàííûì âûøå ìåòîäîì ðàññ÷èòà-
åì çàâèñèìîñòü êàæóùåéñÿ åìêîñòè ýïèòàêñèàëüíîé
ñòðóêòóðû GaAs îò àìïëèòóäû ïåðåìåííîãî íàïðÿ-
æåíèÿ VAC, íàéäåì èç ýòîé çàâèñèìîñòè ôàêòè÷å-
ñêóþ åìêîñòü êàê ïðåäåëüíîå çíà÷åíèå êàæóùåéñÿ
åìêîñòè ïðè óìåíüøåíèè VAC è ñðàâíèì åå ñ åìêî-
ñòüþ, ðàññ÷èòàííîé ïî ôîðìóëå (5).
Èç (1) è (2) âûòåêàåò, ÷òî êàæóùóþñÿ åìêîñòü
ìîæíî ïðåäñòàâèòü â âèäå
1
0( ) ,b
ap DC
AC
E
C V S
V
= εε
Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ðàñ÷åòà êàæóùåéñÿ åìêîñòè
íàäî çíàòü çàâèñèìîñòü Eb(V). Ïîñêîëüêó ýïèòàêñè-
àëüíûå ñòðóêòóðû GaAs ñîäåðæàò ãëóáîêèå öåíòðû
çàõâàòà â ïîëóèçîëèðóþùåé ïîäëîæêå, çàâèñèìîñòü
Eb(V) áóäåò ðàçíîé ïðè ðàçíûõ ÷àñòîòàõ ïåðåìåííîãî
íàïðÿæåíèÿ.  ïðåäåëüíîì ñëó÷àå áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî
÷àñòîòà ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ íàñòîëüêî âûñîêà,
÷òî ãëóáîêèå öåíòðû íå óñïåâàþò ïåðåçàðÿæàòüñÿ ïðè
èçìåíåíèè íàïðÿæåíèÿ, è òîãäà
( )
( ) ( sin ) ,
t t DCb b DC AC n n VE V E V V t == + ω
ãäå nt � êîíöåíòðàöèÿ çàõâà÷åííûõ íîñèòåëåé.
Ðàññìîòðèì ýïèòàêñèàëüíóþ ñòðóêòóðó, ñîñòîÿ-
ùóþ èç íèçêîîìíîé ïëåíêè òîëùèíîé h ñ êîíòàêòîì
îòíîñèòåëüíàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü ïîëóïðî-
âîäíèêà;
äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïîñòîÿííàÿ;
ïëîùàäü áàðüåðíîãî êîíòàêòà;
àìïëèòóäà ïåðâîé ãàðìîíèêè ïåðåìåííîé ñîñòàâëÿþùåé
bE% ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ Eb íà ãðàíèöå «ìåòàëë�ïîëó-
ïðîâîäíèê» ïðè ïðèëîæåííîì ê áàðüåðó Øîòòêè íàïðÿ-
æåíèè V=VDC+VACsinωt.
ãäå ε �
ε0 �
S �
Eb1 �
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2009, ¹ 5
27
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
òèïà áàðüåðà Øîòòêè è ïîëóèçîëèðóþùåé êîìïåíñè-
ðîâàííîé ïîäëîæêè áåñêîíå÷íîé òîëùèíû. Ïëåíêà
ñîäåðæèò òîëüêî ìåëêèå äîíîðû ñ êîíöåíòðàöèåé Nd,
à ïîäëîæêà � ìåëêèå äîíîðû è êîìïåíñèðóþùèå èõ
ãëóáîêèå ýëåêòðîííûå öåíòðû çàõâàòà àêöåïòîðíîãî
òèïà ñ êîíöåíòðàöèåé Ns è Nt, ñîîòâåòñòâåííî. Çàôèê-
ñèðóåì íà÷àëî êîîðäèíàò íà ãðàíèöå «ïëåíêà�ïîä-
ëîæêà» è íàïðàâèì îñü ÎÕ ïåðïåíäèêóëÿðíî ïëåíêå
â ïîäëîæêó.
Ïóñòü ê áàðüåðó Øîòòêè ïðèëîæåíî îáðàòíîå íà-
ïðÿæåíèå Vrev. Ðàñïðåäåëåíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ E
è êîíöåíòðàöèè ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé n â äàííîé
ñòðóêòóðå îïèñûâàåòñÿ óðàâíåíèåì Ïóàññîíà
0
ïðèd
ïðèd
d
t s
n N x hE q
n n N x hx
− <
= + − >εε
(6)
è óðàâíåíèåì íåïðåðûâíîñòè òîêà, êîòîðîå â ðàìêàõ
äèîäíîé òåîðèè áàðüåðà Øîòòêè èìååò âèä
d
,
d
n q
nE
x kT
= (7)
Òîãäà êîíöåíòðàöèÿ çàõâà÷åííûõ íîñèòåëåé îïðå-
äåëÿåòñÿ êàê
1
ïðè ;
( ) ïðè sin ,
t rev DC
t
t DC rev DC AC
n
N V V
n nn
n V V V V t
= +=
= + ω
(8)
ãäå n1 � çàâèñÿùèé îò ãëóáèíû öåíòðîâ ïàðàìåòð
Øîêëè�Ðèäà, êîòîðûé ðàâåí êîíöåíòðàöèè ñâîáîä-
íûõ ýëåêòðîíîâ â çîíå ïðîâîäèìîñòè, êîãäà ýíåðãå-
òè÷åñêèé óðîâåíü ãëóáîêîãî öåíòðà ñîâïàäàåò ñ óðîâ-
íåì Ôåðìè.
Ôóíêöèè E è n íåïðåðûâíû â òî÷êå x=h:
E(h�0)=E(h+0), n(h�0)=n(h+0)
è óäîâëåòâîðÿþò ñëåäóþùåìó ãðàíè÷íîìó óñëîâèþ
â ãëóáèíå ïîäëîæêè:
0 ,sub
x x
E n n
→∞ →∞
→ ⇔ → (9)
ãäå nsub � êîíöåíòðàöèÿ ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé â ãëó-
áèíå ïîäëîæêè, ñâÿçàííàÿ ñ Nt, Ns è n1 óñëîâèåì ýëåê-
òðîíåéòðàëüíîñòè
1
.sub
sub t s
sub
n
n N N
n n
+ =
+
 ðàìêàõ äèîäíîé òåîðèè áàðüåðà Øîòòêè ãðàíè÷-
íîå óñëîâèå íà ãðàíèöå «ìåòàëë�ïîëóïðîâîäíèê»
èìååò âèä
ln ,
(0)
c
rev b
NkT
V q
q n
= − ϕ (10)
Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ïîëó÷åíèÿ èñêîìîé çàâèñè-
ìîñòè Eb(VDC+VACsinωt) íåîáõîäèìî ðåøèòü êðàåâóþ
çàäà÷ó (6), (7), (9), (10).
Ïðåäñòàâèì E è n ïðè îáðàòíîì íàïðÿæåíèè
(VDC+VACsinωt) â âèäå E=E0+δE, n=n0+δn, ãäå E0, n0
� ðåøåíèå ñèñòåìû (6), (7) ïðè îáðàòíîì íàïðÿæå-
íèè VDC.
Ñ ó÷åòîì (8), ëèíåàðèçàöèÿ óðàâíåíèé (6), (7) äàåò
0
d
,
d
q
E n
x
δ = δ
εε (11)
( )0 0
d
.
d
q
n n E E n
x kT
δ = δ + δ (12)
Ëèíåàðèçîâàííûå ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ (9), (10)
ïðèíèìàþò âèä
0 0,
x x
E n
→∞ →∞
δ → ⇔ δ → (13)
0
(0)
sin .
(0)AC
kT n
V t
q n
δω = − (14)
Åñëè èçâåñòíû E0 è n0, òî ÷èñëåííîå ðåøåíèå ëè-
íåéíîé êðàåâîé çàäà÷è (11)�(14) ìîæåò áûòü ïîëó-
÷åíî ñòàíäàðòíûìè íåèòåðàöèîííûìè ìåòîäàìè, íà-
ïðèìåð ìåòîäîì ñóïåðïîçèöèè [7].
Íàéäåì E0 è n0. Êàê ñëåäóåò èç (8), ïðè Vrev=VDC
èç óðàâíåíèé (6), (7) ìîæíî èñêëþ÷èòü êîîðäèíàòó
õ, ÷òî äàåò
0 0 0 0 1
0 0 0 0
d ( )
.
d
t sE n N n n n NkT
n n E
+ + −
=
εε
Ýòî óðàâíåíèå ëåãêî èíòåãðèðóåòñÿ â àíàëèòè÷å-
ñêîì âèäå, ÷òî ïîçâîëÿåò âûðàçèòü êîíöåíòðàöèþ ñâî-
áîäíûõ íîñèòåëåé n0j è ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå E0j â ïëîñ-
êîñòè ïåðåõîäà «ïëåíêà�ïîäëîæêà» ÷åðåç íàïðÿæå-
íèå VDC â ïàðàìåòðè÷åñêîì âèäå, ãäå ïàðàìåòðîì ÿâ-
ëÿåòñÿ ìàêñèìàëüíàÿ êîíöåíòðàöèÿ nm ñâîáîäíûõ íî-
ñèòåëåé â ïëåíêå [8]:
0
exp ;
t s t
d t s d t s
N N N
N N N N N N
sub t
j m
m s
m
d t s
n N
n n
n N
n
N N N
−
+ − + −
= ×
× − + −
1/2
0 0
0
2
ln ;m
j j m
d j
nkT
E n n
ql n
= − − +
2ln ;c m
DC b
m d
N nkT
V A q
q n N
= + + − ϕ
1 2
2 ln 3
2
m
dd
nh
A
Nl
= + − −
ãäå x �
q �
k �
T �
êîîðäèíàòà âäîëü îñè ÎÕ;
çàðÿä ýëåêòðîíà;
ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà;
àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà.
ãäå Nc �
ϕb �
ýôôåêòèâíàÿ ïëîòíîñòü ñîñòîÿíèé â çîíå ïðîâîäèìîñòè;
âûñîòà áàðüåðà Øîòòêè.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2009, ¹ 5
28
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
( )2 1 2
0
1 3 1 22
ln ln ;
1 2
m m
j d
p p n n
p n Np
+ + +
− − − +
1 ,m
d
n
p
N
= −
ãäå 0
2d
d
kT
l
q N
εε
= � äåáàåâñêàÿ äëèíà â ïëåíêå.
Çíàÿ E0j è n0j, ôóíêöèè E0(x) è n0(x) ìîæíî íàéòè
÷èñëåííûì èíòåãðèðîâàíèåì óðàâíåíèé (6) è (7) ñ
íà÷àëüíûìè óñëîâèÿìè
0 0 0 0( ) , ( ) .j jE h E n h n= =
Íà ðèñóíêå ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà áà-
ðüåðíîé åìêîñòè äëÿ òèïè÷íîé ýïèòàêñèàëüíîé ñòðóê-
òóðû GaAs (h=0,2 ìêì; S=300 ìêì2; Nd=1017 ñì�3;
Nt=5·1016 ñì�3; Ns=5·1015 ñì�3; nsub=109 ñì�3; ϕb=
=0,8 ýÂ; T=300 Ê). Äëÿ íàãëÿäíîñòè ïðèâåäåí òîëüêî
ó÷àñòîê ðåçêîãî ïàäåíèÿ åìêîñòè, íà êîòîðîì çàâè-
ñèìîñòü êàæóùåéñÿ åìêîñòè îò àìïëèòóäû èçìåðè-
òåëüíîãî ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ âûðàæåíà íàèáî-
ëåå ÿðêî.
Îòìåòèì, ÷òî âñå êðèâûå ïðåñåêàþòñÿ â îäíîé òî÷-
êå, à èìåííî � â òî÷êå ïåðåãèáà, êàê è äîëæíî áûòü
â ñîîòâåòñòâèè ñ ôîðìóëîé (4). Êðèâûå 1 è 2 äëÿ
VAC=20 è 40 ì ñîâïàäàþò, ò. å. åìêîñòü, èçìåðåííàÿ
íà ýòèõ àìïëèòóäàõ, ÿâëÿåòñÿ ôàêòè÷åñêîé. Åìêîñòü
æå, èçìåðåííàÿ ïðè VAC=100 è 130 ìÂ, çàìåòíî îòëè-
÷àåòñÿ îò ôàêòè÷åñêîé (êðèâûå 3 è 4). Åìêîñòü, íàé-
äåííàÿ äëÿ VAC=100 è 130 ì ïî ôîðìóëå (5) (êðèâàÿ
5), ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàåò ñ ôàêòè÷åñêîé.
Òàêèì îáðàçîì, ïðåäëîæåííûé ìåòîä èçìåðåíèÿ
ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü àìïëèòóäó ïåðåìåííîãî íàïðÿ-
æåíèÿ, îáåñïå÷èâàþùóþ èçìåðåíèå ôàêòè÷åñêîé åì-
êîñòè, â íåñêîëüêî ðàç ïî ñðàâíåíèþ ñ îáùåïðèíÿ-
òîé ìåòîäèêîé èçìåðåíèÿ.
Âîëüò-ôàðàäíûå õàðàêòåðèñòèêè ýïèòàêñèàëüíûõ
ñòðóêòóð GaAs, èìåþùèå ó÷àñòêè ðåçêîãî ïàäåíèÿ,
ìîãóò áûòü èçìåðåíû ñ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòüþ ñ ïðè-
ìåíåíèåì îáû÷íî èñïîëüçóåìûõ àìïëèòóä èçìåðè-
òåëüíîãî ïåðåìåííîãî íàïðÿæåíèÿ (ïîðÿäêà 100 ìÂ)
çà ñ÷åò ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèé íà äâóõ ðàçëè÷íûõ
àìïëèòóäàõ.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Êîñòûëåâ Ñ. À., Ïðîõîðîâ Å. Ô., Óêîëîâ À. Ò. ßâëåíèÿ
òîêîïåðåíîñà â òîíêîïëåíî÷íûõ àðñåíèä-ãàëëèåâûõ ñòðóêòóðàõ.�
Êèåâ: Íàóêîâà äóìêà, 1990.
2. Lehovec K. C�V analysis of a partially depleted semicon-
ducting channel // Applied Physics Letters.� 1975.� Vol. 26, N 3.�
P. 82�84.
3. Õó÷óà Í. Ï., Õâåäåëèäçå Ë. Â., Òèãèøâèëè Ì. Ã. è äð. Ðîëü
ãëóáîêèõ óðîâíåé â òåõíîëîãèè àðñåíèäà ãàëëèÿ // Ìèêðîýëåêò-
ðîíèêà.� 2003.� Ò. 32, ¹ 5.� Ñ. 323�343.
4. Gorev N. B., Kodzhespirova I. F., Privalov E. N. et al. Non-
destructive deep trap diagnostics of epitaxial structures // Solid-State
Electronics.� 2003.� Vol. 47, N 9.� P. 1569�1575.
5. Ãîðåâ Í. Á., Êîäæåñïèðîâà È. Ô., Ïðèâàëîâ Å. Í. Ïðîãíî-
çèðîâàíèå íàïðÿæåíèÿ îòñå÷êè èîííî-èìïëàíòèðîâàííûõ ïî-
ëåâûõ òðàíçèñòîðîâ ñ áàðüåðîì Øîòòêè íà GaAs // Òåõíîëîãèÿ è
êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.� 2007.� ¹ 6.�
Ñ. 3�5.
6. Bochek G. L., Kulibaba V. I., Maslov N. I. et al. Silicon pad
detectors for a simple tracking system and multiplicity detectors
creation // Problems of Atomic Science and Technology.� 2001.�
N 1.� P. 36�39.
7. Íà Ö. Âû÷èñëèòåëüíûå ìåòîäû ðåøåíèÿ ïðèêëàäíûõ ãðà-
íè÷íûõ çàäà÷.� Ì.: Ìèð, 1982.
8. Gorev N. B., Kodzhespirova I. F., Privalov E. N. et al. Photo-
capacitance of GaAs thin-film structures fabricated on a semi-insu-
lating compensated substrate // International Journal of High Speed
Electronics and Systems.� 2004.� Vol, 14, N 3.� P. 775�784.
Å
ì
êî
ñò
ü,
ï
Ô
0,20
0,15
0,10
0,05
0
1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6
Îáðàòíîå íàïðÿæåíèå VDC, Â
1
2
3
4
5
Èçìåðåííàÿ êàæóùàÿñÿ áàðüåðíàÿ åìêîñòü ñòðóêòóðû
(1�4) è ðàññ÷èòàííàÿ ôàêòè÷åñêàÿ åìêîñòü (5) ïðè ðàç-
ëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ àìïëèòóäû VAC (â ìÂ):
1 � 20; 2 � 40; 3 � 100; 4 � 130; 5 � 100 è 130
ÍÎÂÛÅ ÊÍÈÃÈ
Íåôåäîâ Å. È. Óñòðîéñòâà ÑÂ× è àíòåííû.� Ì.: Àêàäåìèÿ, 2009.� 384 ñ.
 ó÷åáíîì ïîñîáèè èçëîæåíû îñíîâû ôóíêöèîíèðîâàíèÿ óñòðîéñòâ ÑÂ× è àí-
òåíí, îïèñàíû àíàëèòè÷åñêèå è ÷èñëåííûå ìåòîäû èõ ðàñ÷åòà è ïðîåêòèðîâàíèÿ.
Ãëàâíîå âíèìàíèå óäåëåíî ôèçè÷åñêèì ïðèíöèïàì ðàáîòû óñòðîéñòâ è ïðîòåêà-
þùèõ â íèõ ïðîöåññîâ. Ðàññìîòðåíû òèïîâûå ëèíèè ïåðåäà÷è, áàçîâûå ýëåìåí-
òû è ôóíêöèîíàëüíûå óçëû àíòåííî-âîëíîâîäíûõ ñèñòåì, èõ ôèçè÷åñêèå, ìàòå-
ìàòè÷åñêèå è ýëåêòðè÷åñêèå ìîäåëè.
Äëÿ ñòóäåíòîâ ó÷ðåæäåíèé âûñøåãî ïðîôåññèîíàëüíîãî îáðàçîâàíèÿ.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-52309 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T05:24:03Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Горев, Н.Б. Коджеспирова, И.Ф. Привалов, Е.Н. 2013-12-29T17:12:11Z 2013-12-29T17:12:11Z 2009 Вольт-фарадные измерения в тонкопленочных эпитаксиальных структурах GaAs / Н.Б. Горев, И.Ф. Коджеспирова, Е.Н. Привалов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2009. — № 5. — С. 25-28. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52309 Предложен метод измерения вольт-фарадных характеристик полупроводниковых структур с участками крутого падения с использованием измерительного переменного напряжения умеренно малых амплитуд. Показано, що вольт-фарадні характеристики, що мають ділянки крутого падіння, зокрема вольт-фарадні характеристики тонкоплівкових структур GaAs, можуть бути виміряні при помірно малих амплітудах змінної напруги (порядку 100 мВ) за рахунок проведення вимірювань на двох різних амплітудах. Цей висновок підтверджено результатами числового розрахунку позірної ємності епітаксіальних структур GaAs.· It is shown that capacitance voltage characteristics that feature steeply dropping regions, in particular those of GaAs thin-film structures, may be measured at moderately small amplitudes of the measuring AC voltage (of the order of 100 mV) at the expense of taking measurements at two different amplitudes. This conclusion is confirmed by the results of numerical calculation of the apparent capacitance of GaAs epitaxial structures. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Функциональная микро- и наноэлектроника Вольт-фарадные измерения в тонкопленочных эпитаксиальных структурах GaAs Вольт-фарадні вимірювання в тонкоплівкових епітаксіальних структурах GaAs Capacitance-voltage measurements in GaAs thin-film epitaxial structures Article published earlier |
| spellingShingle | Вольт-фарадные измерения в тонкопленочных эпитаксиальных структурах GaAs Горев, Н.Б. Коджеспирова, И.Ф. Привалов, Е.Н. Функциональная микро- и наноэлектроника |
| title | Вольт-фарадные измерения в тонкопленочных эпитаксиальных структурах GaAs |
| title_alt | Вольт-фарадні вимірювання в тонкоплівкових епітаксіальних структурах GaAs Capacitance-voltage measurements in GaAs thin-film epitaxial structures |
| title_full | Вольт-фарадные измерения в тонкопленочных эпитаксиальных структурах GaAs |
| title_fullStr | Вольт-фарадные измерения в тонкопленочных эпитаксиальных структурах GaAs |
| title_full_unstemmed | Вольт-фарадные измерения в тонкопленочных эпитаксиальных структурах GaAs |
| title_short | Вольт-фарадные измерения в тонкопленочных эпитаксиальных структурах GaAs |
| title_sort | вольт-фарадные измерения в тонкопленочных эпитаксиальных структурах gaas |
| topic | Функциональная микро- и наноэлектроника |
| topic_facet | Функциональная микро- и наноэлектроника |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52309 |
| work_keys_str_mv | AT gorevnb volʹtfaradnyeizmereniâvtonkoplenočnyhépitaksialʹnyhstrukturahgaas AT kodžespirovaif volʹtfaradnyeizmereniâvtonkoplenočnyhépitaksialʹnyhstrukturahgaas AT privaloven volʹtfaradnyeizmereniâvtonkoplenočnyhépitaksialʹnyhstrukturahgaas AT gorevnb volʹtfaradnívimírûvannâvtonkoplívkovihepítaksíalʹnihstrukturahgaas AT kodžespirovaif volʹtfaradnívimírûvannâvtonkoplívkovihepítaksíalʹnihstrukturahgaas AT privaloven volʹtfaradnívimírûvannâvtonkoplívkovihepítaksíalʹnihstrukturahgaas AT gorevnb capacitancevoltagemeasurementsingaasthinfilmepitaxialstructures AT kodžespirovaif capacitancevoltagemeasurementsingaasthinfilmepitaxialstructures AT privaloven capacitancevoltagemeasurementsingaasthinfilmepitaxialstructures |