Особенности электрических характеристик n+–p-перехода на основе узкозонных полупроводников

Особенности электрических характеристик n+–p-перехода на основе узкозонных полупроводников

С помощью численных методов решено уравнение Пуассона для n⁺–p-перехода, рассмотрены особенности распределения объемного заряда, напряженности электрического поля и потенциала. Показано, что при сужении запрещенной зоны становится существенным влияние свободных носителей на распределение объемного з...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2001
Hauptverfasser: Косяченко, Л.А., Раренко, И.М., Марков, А.В., Остапов, С.Э.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2001
Schriftenreihe:Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Schlagworte:
Функциональная микроэлектроника
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70855
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:Особенности электрических характеристик n⁺–p-перехода на основе узкозонных полупроводников / Л.А. Косяченко, И.М. Раренко, А.В. Марков, С.Э. Остапов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 3. — С. 11-14. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70855
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-708552025-02-09T22:05:13Z Особенности электрических характеристик n+–p-перехода на основе узкозонных полупроводников The peculiarities of electrical characteristics n⁺–p-junction on the base of narrow-bondgap semiconductors Косяченко, Л.А. Раренко, И.М. Марков, А.В. Остапов, С.Э. Функциональная микроэлектроника С помощью численных методов решено уравнение Пуассона для n⁺–p-перехода, рассмотрены особенности распределения объемного заряда, напряженности электрического поля и потенциала. Показано, что при сужении запрещенной зоны становится существенным влияние свободных носителей на распределение объемного заряда в переходе по координате, что приводит к отклонению зависимости потенциала от квадратичной, а напряженности электрического поля — от линейной. Результаты могут быть использованы, в частности, для детектирования инфракрасного излучения в спектральной области 8—14 мкм. The Poisson equation for n⁺–p-junction has been solved by numerical methods, the peculiarities of distribution of space charge, field strength and potential have been considered. It has been shown that at band-gap narrowing the influence of free carriers on distribution of space charge in junction on co-ordinate is essential that this leads to bias relationship of potential from quadratic one and field strength from linear one. The results can be used, in particular, for detection of infrared radiation in 8— 14 mm spectrum field. 2001 Article Особенности электрических характеристик n⁺–p-перехода на основе узкозонных полупроводников / Л.А. Косяченко, И.М. Раренко, А.В. Марков, С.Э. Остапов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 3. — С. 11-14. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70855 546.711.49 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре application/pdf Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Функциональная микроэлектроника
Функциональная микроэлектроника
spellingShingle Функциональная микроэлектроника
Функциональная микроэлектроника
Косяченко, Л.А.
Раренко, И.М.
Марков, А.В.
Остапов, С.Э.
Особенности электрических характеристик n+–p-перехода на основе узкозонных полупроводников
Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description С помощью численных методов решено уравнение Пуассона для n⁺–p-перехода, рассмотрены особенности распределения объемного заряда, напряженности электрического поля и потенциала. Показано, что при сужении запрещенной зоны становится существенным влияние свободных носителей на распределение объемного заряда в переходе по координате, что приводит к отклонению зависимости потенциала от квадратичной, а напряженности электрического поля — от линейной. Результаты могут быть использованы, в частности, для детектирования инфракрасного излучения в спектральной области 8—14 мкм.
format Article
author Косяченко, Л.А.
Раренко, И.М.
Марков, А.В.
Остапов, С.Э.
author_facet Косяченко, Л.А.
Раренко, И.М.
Марков, А.В.
Остапов, С.Э.
author_sort Косяченко, Л.А.
title Особенности электрических характеристик n+–p-перехода на основе узкозонных полупроводников
title_short Особенности электрических характеристик n+–p-перехода на основе узкозонных полупроводников
title_full Особенности электрических характеристик n+–p-перехода на основе узкозонных полупроводников
title_fullStr Особенности электрических характеристик n+–p-перехода на основе узкозонных полупроводников
title_full_unstemmed Особенности электрических характеристик n+–p-перехода на основе узкозонных полупроводников
title_sort особенности электрических характеристик n+–p-перехода на основе узкозонных полупроводников
publisher Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
publishDate 2001
topic_facet Функциональная микроэлектроника
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70855
citation_txt Особенности электрических характеристик n⁺–p-перехода на основе узкозонных полупроводников / Л.А. Косяченко, И.М. Раренко, А.В. Марков, С.Э. Остапов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 3. — С. 11-14. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series Технология и конструирование в электронной аппаратуре
work_keys_str_mv AT kosâčenkola osobennostiélektričeskihharakteristiknpperehodanaosnoveuzkozonnyhpoluprovodnikov
AT rarenkoim osobennostiélektričeskihharakteristiknpperehodanaosnoveuzkozonnyhpoluprovodnikov
AT markovav osobennostiélektričeskihharakteristiknpperehodanaosnoveuzkozonnyhpoluprovodnikov
AT ostapovsé osobennostiélektričeskihharakteristiknpperehodanaosnoveuzkozonnyhpoluprovodnikov
AT kosâčenkola thepeculiaritiesofelectricalcharacteristicsnpjunctiononthebaseofnarrowbondgapsemiconductors
AT rarenkoim thepeculiaritiesofelectricalcharacteristicsnpjunctiononthebaseofnarrowbondgapsemiconductors
AT markovav thepeculiaritiesofelectricalcharacteristicsnpjunctiononthebaseofnarrowbondgapsemiconductors
AT ostapovsé thepeculiaritiesofelectricalcharacteristicsnpjunctiononthebaseofnarrowbondgapsemiconductors
first_indexed 2025-12-01T07:59:00Z
last_indexed 2025-12-01T07:59:00Z
_version_ 1850291981783138304
fulltext Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3 11 ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ÎÑÎÁÅÍÍÎÑÒÈ ÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÈÕ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊ n+�p-ÏÅÐÅÕÎÄÀ ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ ÓÇÊÎÇÎÍÍÛÕ ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊΠÄ. ô.-ì. í. Ë. À. ÊÎÑß×ÅÍÊÎ, ä. ô.-ì. í. È. Ì. ÐÀÐÅÍÊÎ, À. Â. ÌÀÐÊÎÂ, ê. ô.-ì. í. Ñ. Ý. ÎÑÒÀÏΠÓêðàèíà, ×åðíîâèöêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò E-mail: microel@chdu.cv.ua Ðàññìîòðåíû îñîáåííîñòè ðàñïðåäåëå- íèÿ îáúåìíîãî çàðÿäà, íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ è ïîòåíöèàëà â p�n-ïåðåõîäå â óçêîçîííîì ïîëóïðîâîä- íèêå. Äëÿ äåòåêòèðîâàíèÿ èíôðàêðàñíîãî èçëó÷åíèÿ â ñïåêòðàëüíîé îáëàñòè 8�14 ìêì èñïîëüçóþòñÿ äè- îäíûå ñòðóêòóðû íà îñíîâå HgCdTe ñ p�n-ïåðåõî- äàìè, ñîäåðæàùèìè ñèëüíî ëåãèðîâàííóþ n-îáëàñòü, ò. å. n+�p-ïåðåõîäû [1]. Èìåÿ â âèäó íàìíîãî áîëü- øóþ äèôôóçèîííóþ äëèíó ýëåêòðîíîâ ïî ñðàâíå- íèþ ñ äûðêàìè, n+�p-ñòðóêòóðû ñëåäóåò ñ÷èòàòü íàè- áîëåå ïðèãîäíûìè è ïðè èñïîëüçîâàíèè äðóãèõ ðîä- ñòâåííûõ ìàòåðèàëîâ, â ÷àñòíîñòè, HgMnTe [2]. Õà- ðàêòåðèñòèêè òàêèõ ïåðåõîäîâ, îáðàçóþùèõñÿ ïðè èîííîé èìïëàíòàöèè èëè èîííîì òðàâëåíèè ïîäëîæ- êè (ýïèòàêñèëüíîãî ñëîÿ) p-òèïà ïðîâîäèìîñòè [1� 3], îáñòîÿòåëüíî ïðîàíàëèçèðîâàíû òåîðåòè÷åñêè ñ ó÷åòîì ðàçëè÷íûõ ìåõàíèçìîâ òîêà [1, 2]. Äëÿ îïè- ñàíèÿ ïðîèñõîäÿùèõ ïðîöåññîâ îáû÷íî èñïîëüçó- þòñÿ ðàçðàáîòàííûå äëÿ p�n-ïåðåõîäîâ õîðîøî èç- âåñòíûå ìîäåëè [4, 5]. Ìåæäó òåì äåòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ýëåêòðè÷åñ- êèõ õàðàêòåðèñòèê Hg1�õMnõTe (ñîñòàâà õ≈0,1, øè- ðèíîé çàïðåùåííîé çîíû Eg≈0,1 ýÂ) n+�p-ïåðåõî- äîâ âûÿâëÿþò ñóùåñòâåííûå îñîáåííîñòè, íå óêëà- äûâàþùèåñÿ â ýòè ìîäåëè: âîëüò-àìïåðíàÿ õàðàêòå- ðèñòèêà ïðè ïðÿìîì ñìåùåíèè îòêëîíÿåòñÿ îò çàâè- ñèìîñòè I~exp(eV/2kT), õàðàêòåðíîé äëÿ ðåêîìáè- íàöèîííîãî òîêà, äèôôóçèîííûé òîê (I~exp(eV/kT)) (ãäå å � çàðÿä ýëåêòðîíà, V � íàïðÿæåíèå ñìåùå- íèÿ, k � ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà, Ò � òåìïåðàòóðà) ïðîÿâëÿåòñÿ ïðè ñëèøêîì áîëüøèõ ïðÿìûõ ñìåùå- íèÿõ, îòíîøåíèå ïðÿìîãî òîêà ê îáðàòíîìó îáû÷íî íå ïðåâûøàåò 102 è äð. [3, 6]. Ïðåäñòàâëåííûå â íàñòîÿùåé ðàáîòå ðåçóëüòàòû ïîêàçûâàþò, ÷òî íàáëþäàåìûå îñîáåííîñòè ýëåêòðè- ÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê n+�p-äèîäîâ îáúÿñíèìû, åñëè èñïîëüçîâàòü ìîäåëü ïåðåõîäà, ó÷èòûâàþùóþ âûðîæ- äåíèå n+-îáëàñòè è îáóñëîâëåííûå ýòèì ýôôåêòîì ðàñïðåäåëåíèÿ îáúåìíîãî çàðÿäà, ïîòåíöèàëà è íà- ïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â îáëàñòè ïðî- ñòðàíñòâåííîãî çàðÿäà. Ýòî ïðåäñòàâëÿåòñÿ àêòóàëü- íûì, ïîñêîëüêó â ïîëóïðîâîäíèêàõ òèïà Hg1�õCdõTe, Hg1�õMnõTe ñ øèðèíîé çàïðåùåííîé çîíû îêîëî 0,1 ý (ãðàíè÷íàÿ äëèíà âîëíû ~12 ìêì) ýôôåêòèâíàÿ ìàññà ýëåêòðîíîâ ïðèìåðíî íà äâà ïîðÿäêà ìåíüøå ìàññû ñâîáîäíîãî ýëåêòðîíà, à çàìåòíîå âûðîæäåíèå ýëåê- òðîííîãî ãàçà â çîíå ïðîâîäèìîñòè íàáëþäàåòñÿ óæå ïðè êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ n≈1016 ñì�3. Ðàñïðåäåëåíèå îáúåìíîãî çàðÿäà è íàïðÿ- æåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â n+�p-ïåðåõîäå íà îñíîâå óçêîçîííîãî ïîëóïðîâîäíèêà Ðàññìîòðèì ïåðåõîä íà ãðàíèöå ýëåêòðîííîãî ïîëóïðîâîäíèêà ñ êîíöåíòðàöèåé äîíîðîâ Nd â îá- ëàñòè x<0 è äûðî÷íîãî � ñ êîíöåíòðàöèåé àêöåï- òîðîâ Nà â îáëàñòè x>0. Ïðåäïîëàãàåìîå ñòóïåí- ÷àòîå ðàñïðåäåëåíèå ïðèìåñè àäåêâàòíî îïèñûâàåò ìåëêèå äèôôóçèîííûå, èîííî-èìïëàíòèðîâàííûå è ýïèòàêñèàëüíûå ïåðåõîäû [1, 2, 4], à òàêæå îáðàçóþ- ùèåñÿ ïðè èîííîì òðàâëåíèè p-HgMnTe [3]. Èòàê, â ïðèáëèæåíèè ñòóïåí÷àòîãî ïåðåõîäà â îáëàñòè x<0 èîíèçèðîâàííûå äîíîðû ñîçäàþò îáúåì- íûé çàðÿä eNd, à â îáëàñòè x>0 èîíèçèðîâàííûå àêöåïòîðû ñîçäàþò îáúåìíûé çàðÿä eNa (åñëè n- èëè p-îáëàñòè ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé êîìïåíñèðîâàí- íûå ïîëóïðîâîäíèêè, Nd è Nà çàìåíÿþòñÿ êîíöåíò- ðàöèåé íåñêîìïåíñèðîâàííîé ïðèìåñè).  ñëó÷àå øèðîêîçîííîãî ïîëóïðîâîäíèêà îáû÷íî ïîëàãàåòñÿ, ÷òî êîíöåíòðàöèÿ îñíîâíûõ íîñèòåëåé ñ îáåèõ ñòî- ðîí îò ãðàíèöû ðàçäåëà áûñòðî óáûâàåò ïðè óãëóá- ëåíèè â îáëàñòü p�n-ïåðåõîäà (êîíöåíòðàöèÿ íîñè- òåëåé èçìåíÿåòñÿ íà ïîðÿäîê ïðè èçìåíåíèè ïîòåí- öèàëüíîé ýíåðãèè íà 2,3 kT), è ïîýòîìó ïëîòíîñòè îáúåìíîãî çàðÿäà ñëåâà è ñïðàâà îò p�n-ïåðåõîäà ìîæíî ñ÷èòàòü íåçàâèñÿùèìè îò êîîðäèíàòû è ðàâ- íûìè ñîîòâåòñòâåííî eNd è �eNà (ïðèìåñè ïðåäïî- ëàãàþòñÿ ìåëêèìè, à òåìïåðàòóðà íå î÷åíü íèçêîé).  ñëó÷àå óçêîçîííîãî ïîëóïðîâîäíèêà (â äàííîì ñëó÷àå èìååòñÿ â âèäó Åg≈0,1 ýÂ), êîãäà âûñîòà ïî- òåíöèàëüíîãî áàðüåðà (äèôôóçèîííûé ïîòåíöèàë) â p�n-ïåðåõîäå ϕ(õ) íàìíîãî ìåíüøå, âêëàäîì ñâî- áîäíûõ íîñèòåëåé (îñíîâíûõ) ïðåíåáðåãàòü íåëüçÿ. Åñëè p�n-ïåðåõîä, êðîìå òîãî, íåñèììåòðè÷íûé, à òåì áîëåå, åñëè îäíà èç îáëàñòåé ÿâëÿåòñÿ âûðîæ- äåííîé, íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü òàêæå âêëàä íåî- ñíîâíûõ íîñèòåëåé, êîòîðûå çàõîäÿò â ìåíåå ëåãè- ðîâàííóþ îáëàñòü èç ñèëüíåå ëåãèðîâàííîé îáëàñòè. Ñ ó÷åòîì ñêàçàííîãî óðàâíåíèÿ Ïóàññîíà äëÿ n+- è p-îáëàñòåé â îäíîìåðíîì ñëó÷àå èìåþò âèä: Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ 30. 01 2001 ã. Îïïîíåíò ä. ô.-ì. í. Å. È. ÑËÈÍÜÊÎ Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3 12 ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ( ) ( )[ ] 0 2 2 2 εε +−=ϕ xpxnNe dx d d ïðè x<0, (1) ( ) ( )[ ] 0 2 2 2 εε +−−=ϕ xnxpNe dx d a ïðè x>0, (2) Îòñ÷èòûâàÿ ýíåðãèþ Å îò äíà çîíû ïðîâîäèìîñ- òè â íåéòðàëüíîé ÷àñòè n+-îáëàñòè è îáîçíà÷àÿ ýíåð- ãèþ Ôåðìè ÷åðåç EFn, äëÿ êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ â çîíå ïðîâîäèìîñòè ìîæíî çàïèñàòü: ( ) ( ) ( )∫ ∞ +     ϕ+− ρ= 0 1 , exp , kT VxEE dEE Vxn Fn c , (3) ãäå V � íàïðÿæåíèå ñìåùåíèÿ, ρc(E) � ïëîòíîñòü ñîñòîÿíèé â çîíå ïðîâîäèìîñòè, íåïàðàáîëè÷íîñòü êîòîðîé ó÷òåì, èñïîëüçóÿ çàêîí äèñïåðñèè â øèðîêî ïðèìåíÿåìîé ìîäåëè Êåéíà [7] ( )         +        + π =ρ gg e c E E E E E m E 211 2 2/1 2/1 32 2/3 h , (4) ãäå me � ýôôåêòèâíàÿ ìàññà ýëåêòðîíà íà äíå çîíû ïðîâîäèìîñòè (îñòàëüíûå îáîçíà÷åíèÿ îáùåïðèíÿ- òûå). Ïîñêîëüêó êîíöåíòðàöèÿ äûðîê â ð-îáëàñòè ðàñ- ñìàòðèâàåìûõ äèîäîâ îáû÷íî áëèçêà ê 1016 ñì�3 (âî âñÿêîì ñëó÷àå, íå ïðåâûøàåò 1017 ñì�3), à ýô- ôåêòèâíàÿ ìàññà äûðêè mh≈0,5m0 (m0� ìàññà ýëåê- òðîíà â âàêóóìå), ýôôåêòàìè âûðîæäåíèÿ â âàëåíò- íîé çîíå ìîæíî ïðåíåáðå÷ü è äëÿ êîíöåíòðàöèè ñâî- áîäíûõ äûðîê çàïèñàòü: ( ) ( ) 1 , exp , 0 +    ϕ−−ϕ+ = kT VxeVE N Vxp Fp v , (5) Óðàâíåíèÿ Ïóàññîíà (1) è (2) ñ ó÷åòîì (3)�(5) ðåøàëèñü ÷èñëåííûì ìåòîäîì Ðóíãå�Êóòòà [8] êàê ñèñòåìà äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé ïåðâîãî ïî- ðÿäêà ),( 1 ϕ=ϕ xF dx d e , (6) ),( 1 0 ϕ εε = xQ dx dF (7) äëÿ íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ F(x,V) è ïëîòíîñòè îáúåìíîãî çàðÿäà Q(x,V), ñîîòâåòñòâåííî. Ïðè ýòîì â êà÷åñòâå ãðàíè÷íûõ óñëîâèé äëÿ ðåøå- íèÿ óðàâíåíèé ñëóæèëè ñëåäóþùèå ïðåäïîëîæåíèÿ: � ðàâåíñòâî íóëþ íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñ- êîãî ïîëÿ â îáúåìíîé ÷àñòè ïîëóïðîâîäíèêà; � â òî÷êå õ=0 îáà óðàâíåíèÿ äîëæíû äàâàòü îäèíàêîâûå çíà÷åíèÿ êàê ïîòåíöèàëà, òàê è íàïðÿ- æåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ; � ðàçíèöà ìåæäó çíà÷åíèÿìè ïîòåíöèàëîâ â îáúåìíîé ÷àñòè n- è ð-îáëàñòåé (âûñîòà áàðüåðà â ïåðåõîäå) îïðåäåëÿëàñü êàê ðàçíèöà ïîëîæåíèé óðîâ- íÿ Ôåðìè â ýòèõ îáëàñòÿõ ïðè çàäàííûõ êîíöåíòðà- öèÿõ ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé. Ðàñ÷åòû ïðîâåäåíû äëÿ Ò=77 Ê (ïîñêîëüêó ôî- òîäèîäû äëÿ ñïåêòðàëüíîé îáëàñòè 8�14 ìêì îáû÷íî ðàáîòàþò ïðè òåìïåðàòóðå æèäêîãî àçîòà), çíà÷åíèå äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòè áûëî ïðèíÿòî ðàâ- íûì 17 [1, 2]. Íà ðèñ. 1, à ïðåäñòàâëåíî íàéäåííîå ðàñïðå- äåëåíèå îáúåìíîãî çàðÿäà Q, ò. å. âåëè÷èíû e[Nd�n(x)+p(x)] äëÿ n-îáëàñòè è �e[Na�p(x)+n(x)] äëÿ ð-îáëàñòè, à òàêæå íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñ- êîãî ïîëÿ F. Ðàñ÷åò ïðîèçâîäèëñÿ äëÿ ñèììåòðè÷- íîãî p�n-ïåðåõîäà ïðè Nd=Na=1016 ñì�3 è ïîëóïðî- âîäíèêà ñ øèðèíîé çàïðåùåííîé çîíû 1, 0,3 è 0,1 ýÂ, à ýôôåêòèâíûå ìàññû ýëåêòðîíîâ è äûðîê ïðèíÿòû äëÿ íà÷àëà ðàâíûìè me=mh=0,55m0. Êàê è ìîæíî áûëî îæèäàòü, äëÿ Åg=1 ý ïëîòíîñòü îáúåìíîãî çàðÿäà ïî îáå ñòîðîíû îò ãðàíèöû ðàçäåëà íà áîëü- øåé ÷àñòè îáåäíåííîãî ñëîÿ îêàçàëàñü ïîñòîÿííîé, è òîëüêî íà åãî êðàÿõ ïëàâíî èçìåíÿþùåéñÿ (îáúåì- íàÿ ïëîòíîñòü çàðÿäà 1,6·10�3 Êë⋅ñì�3 ñîîòâåòñòâóåò çàðÿäó îäíîêðàòíî èîíèçîâàííûõ ïðèìåñåé ñ êîí- öåíòðàöèåé 1016 ñì�3). Äëÿ Åg=0,3 ý ïåðåõîäíàÿ îá- ëàñòü îõâàòûâàåò óæå çíà÷èòåëüíóþ ÷àñòü îáëàñòè ïðîñòðàíñòâåííîãî çàðÿäà, à äëÿ Åg=0,1 ý ïîñòîÿí- ñòâî îáúåìíîãî çàðÿäà âîîáùå íå íàáëþäàåòñÿ. Òàêèì îáðàçîì, ñäåëàííîå ïðåäïîëîæåíèå îá óñè- ëèâàþùåéñÿ ðîëè ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé â ôîðìèðî- âàíèè îáúåìíîãî çàðÿäà â p�n-ïåðåõîäàõ â óçêî- çîííîì ïîëóïðîâîäíèêå ïîäòâåðæäàåòñÿ. Áîëåå òîãî, äëÿ Åg≈0,1 ý ðîëü ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé îêàçûâà- åòñÿ ïðåîáëàäàþùåé, êàê ýòî âèäíî èç ðèñ. 1. Êàê óæå îòìå÷àëîñü, ýòî îáóñëîâëåíî ìàëîé êîíòàêòíîé (ïî ñðàâíåíèþ ñ äèîäàìè íà øèðîêîçîííûõ ïîëó- ïðîâîäíèêàõ) ðàçíîñòüþ ïîòåíöèàëîâ. Ïîýòîìó ðå- øåíèå óðàâíåíèé (1) è (2) äëÿ Åg=0,1 ý ïðè îáðàò- íîì ñìåùåíèè V=�1  ïðèâîäèò ê òàêîìó æå «ïðî- ôèëþ» îáúåìíîãî çàðÿäà, êàê è äëÿ ñëó÷àÿ Åg=1 ý ïðè V=0. Ïðè ïðÿìîì ñìåùåíèè äèîäà, êîãäà áàðü- åð ïîíèæàåòñÿ, âëèÿíèå ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé, åñòå- ñòâåííî, óñèëèâàåòñÿ. Èçìåíåíèþ õàðàêòåðà ðàñïðåäåëåíèÿ îáúåìíîãî çàðÿäà ïðè óìåíüøåíèè Åg ñîïóòñòâóåò âèäîèçìåíå- íèå ðàñïðåäåëåíèÿ íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â p�n-ïåðåõîäå. Êàê âèäíî èç ðèñ. 1, äëÿ Åg=1 ý íàïðÿæåííîñòü ïîëÿ F ëèíåéíî óìåíüøàåò- ñÿ ïî ìåðå óäàëåíèÿ îò ãðàíèöû ðàçäåëà (õîðîøî èçâåñòíûé ôàêò). Äëÿ Åg=0,3 ý ëèíåéíûé ó÷àñòîê ñóæàåòñÿ, à äëÿ Åg≈0,1 ý çàâèñèìîñòü F(õ) ïðåòåð- ïåâàåò êà÷åñòâåííûå èçìåíåíèÿ. ( îòëè÷èå îò çà- âèñèìîñòè F(õ) «äåôîðìàöèÿ» êðèâûõ ϕ(õ) ïðîÿâ- ïîäðàçóìåâàåòñÿ àáñîëþòíàÿ âåëè÷è- íà çàðÿäà ýëåêòðîíà; îòíîñèòåëüíàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíè- öàåìîñòü ïîëóïðîâîäíèêà; ýëåêòðè÷åñêàÿ ïîñòîÿííàÿ; ðàñïðåäåëåíèÿ êîíöåíòðàöèè ýëåêò- ðîíîâ è äûðîê ñ êîîðäèíàòîé. ãäå å � ε � ε0 � n(x) è ð(õ) � ãäå EFp � ϕ0 � Nv � ýíåðãåòè÷åñêîå ðàññòîÿíèå óðîâíÿ Ôåðìè îò ïîòîëêà âàëåíòíîé çîíû â îáúåìå ð-îáëàñòè; âûñîòà áàðüåðà â p�n-ïåðåõîäå ïðè V=0; ýôôåêòèâíàÿ ïëîòíîñòü ñîñòîÿíèé â âàëåí- òíîé çîíå, ðàâíàÿ 2(mhkT/2π�2)3/2 (äëÿ ïðîñòîòû ðàññìàòðèâàåòñÿ òîëüêî îäèí òèï äûðîê). Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3 13 ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ëÿåòñÿ íå ñòîëü íàãëÿäíî, è ïîýòîìó îíè íà ðèñóíêå íå ïðåäñòàâëåíû.) Îáñóæäàåìûå îñîáåííîñòè ïðîÿâëÿþòñÿ òàêæå è â íåñèììåòðè÷íîì p�n-ïåðåõîäå (ðèñ. 1, á). Ïðè óìåíüøåíèè Åg ó÷àñòêè ñ ïîñòîÿííîé ïëîòíîñòüþ îáúåìíîãî çàðÿäà, à çíà÷èò, ñ ëèíåéíîé çàâèñèìîñ- òüþ íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ è êâàäðà- òè÷íîé çàâèñèìîñòüþ ïîòåíöèàëà îò êîîðäèíàòû, ñó- æàþòñÿ êàê â ð-îáëàñòè, òàê è â ñèëüíåå ëåãèðîâàí- íîé n-îáëàñòè. Êà÷åñòâåííîå îòëè÷èå îò ñèììåòðè÷- íîãî ïåðåõîäà çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî äëÿ óçêîçîí- íîãî ïîëóïðîâîäíèêà (Åg=0,1 ýÂ) â ñëîå, ïðèëåãàþ- ùåì ê ãðàíèöå õ=0 ñî ñòîðîíû ñëàáî ëåãèðîâàííîé ð-îáëàñòè, ïëîòíîñòü îáúåìíîãî çàðÿäà ðåçêî âîçðà- ñòàåò â ðåçóëüòàòå ïåðåõîäà ýëåêòðîíîâ èç n-îáëàñ- òè (÷òî è îãîâàðèâàëîñü âûøå). Ýòîò ýôôåêò óñè- ëèâàåòñÿ ïðè áîëüøåì ðàçëè÷èè Nd è Na, ÷òî âïîëíå ìîæåò ðåàëèçîâàòüñÿ â HgCdTe è HgMnTe n+�p- ïåðåõîäàõ. Òàêèì îáðàçîì, ïåðåíåñåíèå ìîäåëè p�n-ïåðåõî- äà â øèðîêîçîííîì ïîëóïðîâîäíèêå íà äèîäû â óç- êîçîííûõ ïîëóïðîâîäíèêàõ íå âïîëíå êîððåêòíî, îñî- áåííî åñëè ýòî êàñàåòñÿ ïðîöåññîâ, çàâèñÿùèõ îò õîäà ïîòåíöèàëà è ðàñïðåäåëåíèÿ íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè- ÷åñêîãî ïîëÿ â îáëàñòè ïðîñòðàíñòâåííîãî çàðÿäà (ãåíåðàöèÿ-ðåêîìáèíàöèÿ, òóííåëèðîâàíèå è ò. ï.). Âëèÿíèå âûðîæäåíèÿ n-îáëàñòè ×òîáû âûÿâèòü èçìåíåíèÿ, îáóñëîâëåííûå óìåíü- øåíèåì øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû ïîëóïðîâîäíèêà, ýôôåêòèâíûå ìàññû ýëåêòðîíîâ è äûðîê â ïðåä- ñòàâëåííûõ âûøå ðàñ÷åòàõ áûëè ïðèíÿòû ðàâíûìè. Íà ñàìîì äåëå ïðè ñóæåíèè Eg ýôôåêòèâíàÿ ìàññà ýëåêòðîíà me áûñòðî óìåíüøàåòñÿ, òàê ÷òî ñîîòíî- øåíèå me=0,01m0 äëÿ ðàññìàòðèâàåìûõ ïîëóïðîâîä- íèêîâ ìîæíî ñ÷èòàòü òèïè÷íûì. Îäíîâðåìåííî ñ óìåíüøåíèåì me ðåçêî óìåíüøàåòñÿ ïëîòíîñòü ñî- ñòîÿíèé â çîíå ïðîâîäèìîñòè, èç-çà ÷åãî, êàê óæå îòìå÷àëîñü, âûðîæäåíèå ýëåêòðîííîãî ãàçà íàáëþ- äàåòñÿ ïðè íåîáû÷íî íèçêèõ äëÿ øèðîêîçîííîãî ïîëóïðîâîäíèêà êîíöåíòðàöèÿõ íîñèòåëåé. Ñèëüíîå âûðîæäåíèå ýëåêòðîíîâ â n-îáëàñòè äèîäíîé ñòðóêòóðû îáúÿñíÿåò ýêñïåðèìåíòàëüíûé ôàêò, ÷òî âûñîòà áàðüåðà ϕ0 â n +�ð-ïåðåõîäå â 2� 3 ðàçà ïðåâûøàåò øèðèíó çàïðåùåííîé çîíû ïîëó- ïðîâîäíèêà [3, 6]. Äåéñòâèòåëüíî, â ýòîì ñëó÷àå FnFpg EEE +−=ϕ0 . (9) Çíà÷åíèå EFð, ñîãëàñíî (5), ñîñòàâëÿåò ïðè ð= =3·1016 ñì�3, 77 Ê ïðèìåðíî 0,025 ýÂ, à ϕ0=0,25 ý ïðè êîíöåíòðàöèè ýëåêòðîíîâ â n-îáëàñòè, íåñêîëü- êî ïðåâûøàþùåé 1018 ñì�3 (ñì. ðèñ. 2), ÷òî âïîëíå äîñòèæèìî. C ó÷åòîì ñêàçàííîãî íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâëåíû ðå- çóëüòàòû ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ Ïóàññîíà (1) è (2) äëÿ ïîëóïðîâîäíèêà ñ øèðèíîé çàïðåùåííîé çîíû 0,1 ý è ïàðàìåòðàìè, òèïè÷íûìè äëÿ HgCdTe èëè HgMnTe p�n-ïåðåõîäîâ (mh=0,55m0, me=0,01m0, Na=1016 ñì�3) ïðè òðåõ çíà÷åíèÿõ êîíöåíòðàöèè äî- íîðîâ � 1016, 1017 è 1018 ñì�3. Êàê âèäíî èç ðèñóí- à) á) Ðèñ. 1. Ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè îáúåìíîãî çàðÿäà è íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ äëÿ (à ) ñèììåòðè÷- íîãî (Na= Nd=1016 cì�3) è (á) íåñèììåòðè÷íîãî (Na=1016 cì�3, Nd= 1017 cì�3) p�n-ïåðåõîäà ïðè òðåõ çíà÷åíèÿõ øèðèíû çàïðåùåííîé çîíû (77 Ê) Q, 10�3 Êë/ì�3 3,0 2,0 1,0 �1,0 �2,0 �3,0 �6 �4 �2 0 2 4 õ,107 ì Eg=1 ý Eg=0,1 ý Eg=0,316 ý Å,10�6 Â/ì2 4 3 2 1 �3 �2 �1 0 1 2 x, 107 ì Eg=1 ý Eg=0,1 ý Eg=0,316 ý Q, 10�4Êë/ì�3 �3,0 �2,0 �1,0 1,0 2 õ,107 ì 0 Eg=1 ý Eg=0,1 ý Eg=0,316 ý �1 0 1 2 3 x, 107 ì Å,10�6 Â/ì2 4 2 1 Eg=1 ý Eg=0,1 ý Eg=0,316 ý Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3 14 ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ êà, ïðè Nd=1016 ñì�3 ýíåðãåòè÷åñêàÿ äèàãðàììà ïåðå- õîäà íàïîìèíàåò òàêîâóþ äëÿ ñòóïåí÷àòîãî p�n- ïåðåõîäà â øèðîêîçîííîì ïîëóïðîâîäíèêå ñ íåñêîëü- êî âûðîæäåííîé n-îáëàñòüþ. Îäíàêî ïðè Nd=1017 è 1018 ñì�3 ýíåðãåòè÷åñêàÿ äèàãðàììà ïåðåõîäà ñèëüíî âèäîèçìåíÿåòñÿ. Åñëè â íåñèììåòðè÷íîì n+�p-ïåðå- õîäå â øèðîêîçîííîì ïîëóïðîâîäíèêå ïåðåïàä ïî- òåíöèàëà, ïðèõîäÿùèéñÿ íà ñèëüíî ëåãèðîâàííóþ îá- ëàñòü, ñîñòàâëÿåò Na/(Na+Nd)-þ äîëþ, ò. å. î÷åíü ìàëóþ ÷àñòü âûñîòû áàðüåðà [4], òî â ðàññìàòðèâàå- ìîì ñëó÷àå ýòî íå òàê. Êàê âèäíî èç ðèñóíêà, è ïðè Nd=1018 ñì�3, è ïðè 1017 ñì�3 (êàê, âïðî÷åì, è ïðè Nd=1016 ñì�3) íà n+-îáëàñòü ïðèõîäèòñÿ ïðèìåðíî îäèíàêîâîå ïàäåíèå ïîòåíöèàëà, ðàâíîå ~0,04 Â. Íå ìåíåå âàæíî è òî, ÷òî â n+�p-ïåðåõîäå â ðåçóëüòàòå ïåðåõîäà ýëåêòðîíîâ èç n+-îáëàñòè ñòàíîâèòñÿ âû- ðîæäåííîé è p-îáëàñòü, ïðèëåãàþùàÿ ê ìåòàëëóðãè- ÷åñêîé ãðàíèöå ðàçäåëà. *** Òàêèì îáðàçîì, ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè îáúåì- íîãî çàðÿäà, íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ è ïîòåíöèàëà â p�n-ïåðåõîäå â øèðîêîçîííîì ïîëó- ïðîâîäíèêå ïðåòåðïåâàåò êà÷åñòâåííûå èçìåíåíèÿ ïðè ïåðåõîäå ê ïîëóïðîâîäíèêó ñ øèðèíîé çàïðå- ùåííîé çîíû, ïðèãîäíîìó äëÿ äåòåêòèðîâàíèÿ èíô- ðàêðàñíîãî èçëó÷åíèÿ â àòìîñôåðíîì îêíå 8� 14 ìêì. Ýòè èçìåíåíèÿ, îáóñëîâëåííûå âëèÿíèåì îñíîâíûõ íîñèòåëåé, äîïîëíÿþòñÿ ñóùåñòâåííûì âêëàäîì íåîñíîâíûõ íîñèòåëåé â íåñèììåòðè÷íîì p�n-ïåðåõîäå ñ âûðîæäåííîé n+-îáëàñòüþ.  ðå- çóëüòàòå ïëîòíîñòü îáúåìíîãî çàðÿäà ïåðåñòàåò áûòü ïîñòîÿííîé, çàâèñèìîñòü íàïðÿæåííîãî ýëåêòðè÷åñ- êîãî ïîëÿ ëèíåéíà, à ïîòåíöèàë ñòàíîâèòñÿ êâàäðà- òè÷íî çàâèñÿùèì îò êîîðäèíàòû. Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ìîãóò áûòü èñïîëüçîâà- íû äëÿ âû÷èñëåíèÿ òîêîâ, ïðîõîäÿùèõ ÷åðåç áàðüåð, è, äàëåå, ñ ó÷åòîì âñåõ âîçìîæíûõ ìåõàíèçìîâ ïåðå- íîñà, � äèôôóçèîííîãî ñîïðîòèâëåíèÿ äèîäà ïðè íóëåâîì ñìåùåíèè, êëþ÷åâîãî ïàðàìåòðà äåòåêòîðà èíôðàêðàñíîãî èçëó÷åíèÿ. Ýòè ïðîáëåìû, îäíàêî, òðåáóþò îòäåëüíîãî ðàññìîòðåíèÿ. ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ 1. Rogalski A. Analisis of the R0A product in n+�p Hg1�xCdxTe photodiodes // Infrared Phys.� 1988.� Vol. 28, N 3.� P. 139�153. 2. Rogalski A. Hg1�xMnxTe as a new infrared detector material // Ibid.� 1991.� Vol. 31, N 2.� P. 117�166. 3. Kosyachenko L. A., Rarenko I. M., Sun Weiguo, Lu Zheng Xiong. Charge transport mechanisms in HgMnTe photodiodes with ion etched p�n junnctions // Solid- State Electron.� 2000.� Vol. 44, N 7.�P. 1197�1202 . 4. Sze M. Physics of semiconductor devices.� New- York: Willey-Interscience, 1981. 5. Ïèêóñ Ã. Å. Îñíîâû òåîðèè ïîëóïðîâîäíèêîâûõ ïðèáîðîâ.� Ì.: Íàóêà, 1965. 6. Kosyachenko L. A., Ostapov S. E., Sun Weiguo. Special features of generation-recombination processes in p�n junctions based on the HgMnTe // Semiconduc- tors.� 2000.� Vol. 34, N 6.� P. 668�670. 7. Kane E. O. Band structure of indium antimanide // J. Phys. Chem. Solids.� 1957.� Vol. 1.� P. 249�261. 8. Äàíèëèíà Í. È., Äóáðîâñêàÿ È. Ñ., Êâàøà Î. Ï. è äð. ×èñëåííûå ìåòîäû.� Ì.: Âûñøàÿ øêîëà, 1976. Ðèñ. 2. Ðàññ÷èòàííûå ýíåðãåòè÷åñêèå äèàãðàììû ïåðå- õîäà â p-ïîäëîæêå (Eg=0,1 ýÂ) ñ êîíöåíòðàöèåé àêöåï- òîðîâ 1016 ñì�3 äëÿ me=mh=0,55m0 è ðàçëè÷íûõ êîíöåí- òðàöèÿõ äîíîðîâ (77 Ê) EF� óðîâåíü Ôåðìè; Åñ� äíî çîíû ïðîâîäèìîñòè; Åv� ïîòîëîê âàëåíòíîé çîíû Å, ý �0,05 �0,10 �0,15 Å, ý �0,10 �0,20 �0,30 Å, ý �0,05 �0,10 �0,15 �0,20 �1,5 �1,0 �0,5 0,0 0,5 1,0 x,107 ì Ec EF Ev Ec EF Ev Ec EF Ev Nd=1·1016 ñì�3 Nd=1·1017 ñì�3 Nd=1·1018 ñì�3 â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ï î ð òô åë å ð åä à ê ö è èâ ï î ð òô åë å ð åä à ê ö è è Ø Ø â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè â ïîðòôåëå ðåäàêöèè Îïðåäåëåíèå ñìåæíîñòè êîìïîíåíòîâ. Ñ. Â. Çóäèí, Ñ. Þ. Ëóçèí, Î. Á. Ïîëóáàñîâ (Ðîññèÿ, Ñ.-Ïåòåðáóðã) Ìåòîäèêà ðàçðàáîòêè è èññëåäîâàíèå óñèëèòåëÿ êëàññà Å. Â. Ã. Êðûæàíîâñêèé, À. Í. Ðóäÿêî- âà, Ä. Â. ×åðíîâ (Óêðàèíà, ã. Äîíåöê) Îðãàíèçàöèÿ ïðîöåññà ôîòîñ÷èòûâàíèÿ ñïåêòðàëüíûõ ðàñïðåäåëåíèé ðà- äèîñèãíàëîâ â àêóñòîîïòè÷åñêîì àíàëèçàòîðå ñïåêòðà. Â. Â. Äàíèëîâ (Óê- ðàèíà, ã. Äîíåöê) Âëèÿíèå ðåæèìà ðàáîòû îõëàæäàþùåãî òåðìîýëåìåíòà íà ïîêàçàòåëè íà- äåæíîñòè òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî óñòðîéñòâà. Â. Ô. Ìîèñååâ, Â. Ï. Çàéêîâ (Óêðàèíà, ã. Îäåññà) Ø Ø

Ähnliche Einträge