Инжекционные явления в полупроводниках с рекомбинационно-стимулированными перестройками примесных центров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

. ¡и 0

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН 2 3 ОПТ ВС®® "ФИЗИКА-СОЛНЦЕ" ИМ.С.А.АЗИМОВА

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ.С.В.СТАРОДУБЦЕВА

на правах рукописи

ШЩБАЕВА МАКСАТ К03УБЕК0ВНА

ИНЖЕКВДОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ С РЕКСМБИНАЦИОННО-СТНМУЛИРОВАННЫЩ ПЕРЕСТРОЙКАМИ ПРИМЕСНЫХ ЦЕНТРОВ

01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ташкент - 1995

I »^р*

Работа выполнена в Физико-техническом институте км.С.В.Стародубцева ШО "Физика-Солнце" им.С.А.Азимова АН РУз

Научный руководитель:

доктор физико-математических, наук Лейдермая А.Ю.

Официальные оппонента: Член-корресгондент АН РУз,

доктор физико-математических наук, проф. - Мамадалимов А.Т, доктор физико-математических наук,

ст.научный. сотрудник Шамирзаев С.Х.

Ведущая организация: Ташкентский Государственный Университет

Защита диссертации состоится " ^ " НОЯйрЯ 1995 ГОда в д часов на заседании специализированного совета Л.015.С8.21 при Физико-техническом институте НПО ""Физика-Солнце" АН РУз по адресу: 700084 г.Ташкент, ул.Г.Мавлянова, 26, ФТИ ШО "Физика-Солнце" АН РУз. С диссертацией мохно познакомиться в фундаментальной библиотеке АН РУз.

Автореферат разослан *29» СвН/Лб'рЙ 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Р.Авезов

• г

-3-

Обцая характеристика работы

актуальность проблеиы. Инжекцконные яелзния в полупроводниках изучаются со времени создания первых полупроводникоЕкх приборов» поскольку инжекция неосновных носителей лекит в основе работы всех диодных структур с р-п-переходом, а явления так называемой двойной кнжекции -в основе токопрохокдения через диодные р-1-п-структуры. Однако, в последние года, корда„все более и более расширяется круг используемых в полупроводниковой электронике материалов, причем идет поиск новых, экологически чистых и в то же время экономически выгодных, дешевых полупроводников, все больший и больший интерес вызывают аморфные материалы, материалы типа А2Вб, А3В5 и другие, для которых характерны процессы рекомбинационно-стимулированных перестроек глубоких метастабильных примесных центров, дефектов или ассоциатов тех и других. При этом оказывается,'что инжекционные явления, изучение которых на протяжении ряда лет казалось почти законченным, должны быть рассмотрены заново, поскольку наличие рекомбина-ционнс-стимулированных процессов перестройки глубоких " рекомби-национных центров (или комплексов) монет принципиально изменить процессы рекомбинации в таких полупроЕодкиках и, как следствие, ИНЖв&ЩГМЩив^ЯВ&НИЯ в НИХ,.л> . . . ,

Актуальность проблемы, таким образом', определяется* необходимость» изучения процессов токопрохоздения в диодных структурах, создаваемых на основе современных полупроводниковых материалов, содержащих большое количество метгстабильных .дефектов, различного рода примесей и их комплексов.

Целью диссертационной работы - является изучение диффузионного, дрейфового и диффузионно-дрейфового режимов токопрохождения в диодных структурах, создаваемых на . основе полупроводниковых материалов с рекомбикационно-стимулированными перестройка!® глубоких примесных центров (комплексов).

Научная новизна работы заключается в следующем: 1. урервыв на основе исследования диффузионного инкекцион-ного режима в условиях насыщения скорости рекомбинации, обусловленной рекомбинационно-стимулированными перестройками.глубоких примесных центров получэнз экспоненциальная зависимость то-' ка от напряжения 3 „ ехр(д7/ акТ), где показатель экспоненты а

зависит только, от отношения подаижностей электронов и дырок (и, в отличие от известной характеристики В.И.Стафеева, не зависит от дайны образца).

2. Епервые исследован рзким омической релаксации двойной штзкции в условиях развитых рвксмбинационно-стимулированных процессов и получена зависимость типа 7=А+Ы1/2-Ы~1/2, которая позволяет объяснить экспериментально наблюдавшиеся на полупроводниковых диодных структурах, изготовленных из различных материалов, участки быстрого роста тока, обычно описываемые эмпирической формулой ¿"«У® и называемые "пробойными" или "предпробой-ныда".

3. Впервые исследован решил диэлектрической релаксации двойной инхекции в условиях развитых рекомбшационно-стимулированных процессов и показано, что развитие этих процессов, изменяя закон рекомбинации, приводит к постепенной скене классического закона Ламперта Л^/уР нэ зависимость типэ и ™

с последущим переходом на участок "пробойного" типа.

4. В условиях самоторможения рекомбинации впервые изучен диффузионно-дрейфовый режим двойной инжекции, когда амбиполяр-ная скорость дрейфа определяется модуляцией заполнения глубоких примесей и имеют место совпадащие направления амбиполярных диффузии и дрейфа, и показано, что на начальном этапе развития процесса; рекомбинационно-сткмулированных перестроек глубоких примесных центров, возможно появление на ВАХ участка с ОДС типа

который при насыщении скорости . рекомбинации сменяется зависимостью ~•

5.,Показано, что в материалах с рекомбинационно-стимулиро-ванными перестройками -глубоких примесных центров, приводящих . к насыщению скорости рекомбинации» эффект инжекционного обеднения имеет место при меньшее токах, чем е обычных условиях.

Практическая ценность работы определяется,в первую очередь, предложенным новым методом определения ряда параметров полупроводниковых материалов, основанного на использовании впервые полученной аналитической зависимости тока от напряжения, описывающей участок быстрого "предпробойного" роста тока.

Основные защищаемые положения:

Процессы рекомоинационно-сти1у1улированных перестроек глубоких рекомбинациошшх центров, (комплексов), изменяя закон реком-

бинации, приводят к принципиальным изменениям инжекционных процессов в полупроводниках: 1.) диффузионного режима двойной инжек-ции,2)дрейфового режима омической релаксации,3)дрейфового режи-м& диэлектрической релаксации,4)диффузионно-дрейфовых режимов двойной инжекции, когда амбиполярная скорость дрейфа определя-' ется модуляцией заполнения глубоких примесных центров в условиях как совпадающих, так и встречных направлений амбиполярных диффузии и дрейфа.

Публикации: Основное содержание диссертации изложено в 9 работах, перечисленных в конце автореферата..

Апробация работах Материала диссертационной работы докладывались на:Мездународаой конференции то твердотельной электронике (Наманган,1994), Международной конференции "Новые материалы и приборы" (Ташкент,1994), семинаре лаборатории теории твердого тела к полупроводников ФТИ НПО "физика-Солнце" АН РУз.

Структура и обьен диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она изложена на 150 страницах, включая ?А рисунка, 1 таблицу и список литературы из 92 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель исследования, описываются научная новизна, щлктическая ценность работы и основные положения, выносимые на защиту. • •: • .

В первой главе рассматривается статистика рекомбинации неравновесных электронов и дырок Шокли-Рида, основанная на модели полупроводника, в котором процесс рекомбинации происходит через простой однозарядный глубокий примесный центр. Приводится выражение для скорости рекомбинации статистики Шокли-Рида СИ:

cnc (np-rii2)

ü=iT -Z-. (t)

вдОмц )+c <p+p1)

Co времени создания статистики Шокли-Рида накопилось большое количество экспериментальных фактов, подтверждающих наличие метастабильных, перестраивамцихся в процессе возбуждения материала, дефектов, различного рода примесей и их комплексов в таких полупроводниковых материалах как Si, GaAa, SIC и в материалах типа aiiByi, A^Bß1 и др.. Наличие этих экспериментальных

фактов свидетельствует ото, что процессы рекомбинации в таких полупроьсдаках ужа нельзя ошсывать статистикой Шокли-Рида. В .связи с рассматрив&этся статистика рекомбинации электронов и дарок, учзтывающке, в отличие от статистики Шокли-Рида, сложную структуру рэкомбинационной ловушки. Большинство сущест-вупцшс.статистик »ожно разделить на два класса: 1) статистики, учитывающие инерционность электронного обмана внутри рекомбина-одонного комплекса 12-51; 2) статистики, учитывающие процессы рекомбшационно-стюфлированных перестроек глубоких рекомбина-ционных центров (кошлексов) 16-9]

■ Все эти статистики, несмотря на то, что они построены для различных моделей рекомбинационннх центров объединяет одна общая закономерность - рекомбинация неравновесных электронов и дырок происходит с задержкой, что приводит к появлению дополнительного члена в знаменателе выражения (1), который пропорционален произведению пр и времени т^, учитывающем те или иные процессы электронного обмена внутри рекомбинационного комплекса или время рекомбинационно-стимулированной перестройки этих комплексов. Это позволяет описать скорость рекомбинации единой формулой

СцС (пр-пх2) .

и = Нп ------ . ■ (2)

л с^ш-^ )+ср(р+р1 )+ах1пр

Различие будет заключаться в значениях параметра ат^ и физическом смысле времени ^(см.таблицу).В зависимости от уровня возбуждения полупроводника соотношение мевду первыми двумя и последним членом в знаменателе(2) меняется (последний член растет с уровнем возбуждения >.При высоком уровне возбувдения полупроводника происходит насыщение числа дефектов и скорости рекомбинации: . •

• и11л1 - «в^ПЗ- <3)

Приводится основное уравнение задачи, описывающее изменение

концентрации свободных неравновесных носителей в п-полупроводнике, содержащем доноры и один уровень глубоких примесей типа центров прилипания для дырок Н^. 110] ч л^р • йр

где Бе^=гьВр(7+1 )/(Ъ7+Ъ+1 )-8ффективннй коэффициент амбидаляр-

г

Таблица.Значения параметра ат^ и физический смысл времени т^ в

выражении для скорости рекомбинации неравновесных электронов и дырок (2) для различных моделей рекомбинационных комплексов.

м о

1 .два возоувденых" .состояния ( для электронов и да -рок ) центра ре -комбинации 121

сп-^р/п + ,

Сд ^-коэффициенты захва

та*электронов на верхнее й дырок на нижнее возбужденное состояния.

,Т1 = Ър *

■с^р - времена

жизни электронов и дырок на возбуж -денных уровнях.

2. Донорно -акцепторные пары

^рг /с12 % Сп1 ,ср2 ~ коэффици^ ~ ты захвата электронов на донорадй и дырок на акцепторный уровни до норжьэкцепторной пары с концентрацией Ин,с12-

-коэффициент электронного обмена между компонентами пары.

тгт12=1/(с12Нн)-

времена электрон -ного обмена между компонентами ДАЛ

З.Два состояния рекомбинащганного центра: основное -для электрона и возбужденное для дырки [51

Сп с£/(с12 Нн),

сп,с* - коэффициенты

захвата электронов на основное и дырок на возбужденное состояния.

т^МЛс.,^)-

время электронного обмена между основным и возбужденным сотояниями.

4.Дефект-приме сный комплекс типа отрицательно заря -генный акцептор -положительно за -ряженный ион внедрения £7,91

спсрОтЙЗ' Ср0 - коэффициент захвата дырок'в отсутствие рекомбинационно — стимулированных про цессов.

Ч * "Чв»

Тдд - время реком -

бинационно-стимули-рованной перестройки дефект-примесных комплексов.

5 .Дефект-примесный

комплекс типа поло жительно заряженный донор-отрицательно заряженная вакансия 18,9]

. спОсртНЗ' пО - коэффициент захвата электронов в отсутствие рекомбина -ционно - стимулированных процессов.

. Н = ТНЗ-, КЗ - время реком - , бинационно-стимули-рованной перестройку дефект-примесных комплексов.

б.Комплекс. типа мелкий донор -вакансия [ы

спср('г1рп/р +

а а

1р " = р^' а и Рд-коэффициент распада и скорость генерации таких комплексов.

Ч - т1п,1р'

"Чп 1р ~ времена

жизни дырок и электронов на комплексе.

ной диффузии дырок с учетом модуляции заполнения глубоких центров, T=Kt/p1t, р1 ^.-статистический фактор Шокли-Рида, Ь^/рр,

f На Г f r d(Ntftp)l

у -- Nd- Ex-p-+NtftB-p—--Ej - (5)

а (b7+b+t)p 1 й l dpj Ф J d

скорость амбиполярного дрейфа дарок в токовом поле

Ej=J/Cq Ир(Ьп+р)], (б)

EI=<e/4.icq)otE/ax, U-скорость рекомбинации, поле Дембера Е^: Ejj= (-KP/q) Г b (dn/dx )-dp/dx ] / [bn+p 3. (7)

Первый член уравнения (4) описывает диффузионную релаксацию возмущений злектронно-дарочной плазмы, второй член описывает дрейфовую релаксацию возмущений плазмы.

Граничные условия для решения основного уравнения задачи для идеальных контактов С10]

Jp(0)=J Z -2qDp(dp/dz)0; Jn(w)=J S -2qDn(dn/dx)w, (8) а для неидеальных к' нтактов 110]

J (0) = J = p2(0)/C; Jn('w) * J = p2(v?)/C0, _ (9)

где C=[bpn/(qV*(b7+tH-1)) ]1/2;C0=[r^/(qVj(bT+b+1) (T+1)) 31 /2, (9a) У*,У*-параметры,обусловленные неидеальным характером контактов.

Дается обзор основных инжекционных явлений, изучение которых было основано на использовании статистики Шокли-Рида.

Формулируется главная цель диссертационной работы-исследо-ьание инжекционных явлений, с использованием нового закона рекомбинаций (2). В работе основные инжекционные явления изучаются на примере р-п-п+-структуры для конкретной модели полупроводника, содержащего рекомбинационнне комплексы типа отрицательно заряженный акцептор-положительно заряженный ион внедрения173. • Во второй главе рассматривается диффузионный резким двойной .инжекции, позволяющий исключить-дрейфовые члены в основном уравнении задачи (4). Данный режим в условиях гокли-рвдовской рекомбинации был исследован В.И.Лтафеевым 1113 для р-п+- диода (с длиной базой w/L»1) с идеально инжектирующим р-п-переходом и омическим тыловым контактом. В этой главе. диф$узионный режим исследуется в условиях насыщения скорости рекомбинации на такой же диодной структуре.

Выражение для распределения концентрации свободных неравновесных дырок, полученное, при решении уравнения (4), когда скорость рекомбинации описывается выражением (3) лмеет вид

р(х)= и11л1(х2-я2)/(2Вр) - «Г(х-тг)/^Вр) + р^ (10)

которое отличается от обычной экспоненциальной зависимости, полученной в условиях обычной шокли-ридовской рекомбинации! 111: р(х)= р(0)аМ(эт-х)/Ы/з?1[и/Ы + раЗЫх-И/зЫк/И. (11)

Поскольку эти решения являются приближенными аналитическими решениями уравнения (4), приводятся результаты численного решения с использованием полного выражения для и (2) методом прогонки на ЭВМ, которые наглядно подтверждают результаты аналитического решения. Показано, что с ростом уровня возбуждения экспоненциальная зависимость (11) сменяется степенной (10).

Приводится выражение для вольт - амперной характеристики . (ВАХ), полученное в условиях насыщения скорости рекомбинации

3 = ^ ехр ^7/(сЮ)], (12)

с=6/'(Ь+1), ^/^дд, которое отличается от извест-

куй характеристики В.И.Стафеева (с=£Ь+сЛ(*/Ь)]/(Ь+1)) показателем экспоненты с и предэкспоненциальным множителем ¿с.

Из (12) видно, что по величина предэкспоненциального множителя «Тс можно судить о времени т^, характеризующем микропроцессы, сопровождающие рекомбинационно-стимулированные перестройки дефектов и дефект-примесннх комплексов.

В третьей главе рассматриваются предельные режимы дрейфового механизма переноса тока:омической и диэлектрической релакса-ции.Дрейфовое приближение позволяет исключить диффузионный член в уравнении(4). Дрейфовые режимы, обычно реализуемые в диодных структурах с длинной базой, рассматриваются в условиях, когда токовое поле Е^^(б) преобладает над демберовским Ец(7), а в качестве граничных условий выбирают условия (9). Предполагается, ° что модуляция заряда глубоких примесей не играет решающей роли.

В случае режима омической релаксации амбиполярная скорость

дрейфа определяется выражением [ (Ъ+1 )р!.

Исследование этого режима в условиях обычной шокли-ридовской рекомбинации приводит к ВАХ вида 112,13):

' - 1 я ^ £ 101117 = В°',/2* (,3>

В данной главе приводятся результаты исследования режима омической релаксации 5,. условиях, когда скорость рекомбинации и

описывается выражением (2). В условиях, когда процессы рекомби-нацисшяо-стимулирозаншх перестроек глубоких примесных центров (или комплексов) вносят еще неопределящий вклад в процессы рекомбинации, ВАХ имеет вид:

7 = H(J)B0J1/2/2, означающий смену лаыпертовскиго закона (13)

(14)

с ростом тока на •1/2,2,

более слабую зависимость, где M(J) 2 l+SmlS+CTpgCpQj in = [8b(btl )pnnl, С - определяется формулой (9a).

3 условиях развитых рекомбинационно-стимулированных перестроек рекомбинационных центров получена зависимость V(J) вида

7 = А + BJ1/2 - DJ'

т-1/2

(15)

Ье А^(Ь+^Лд/ШдРрТдзЗ, В =«/[яРр(Ь+1 )С], Б =2(Ъ+1)и2Кн / СК^ЦрСрдОддС] -постоянные, зависящие от параметров материала.

Зависимость (15) в условиях насыщения скорости рекомбинацю? (3) смешатся вторш квадратичным участком

У = А/2 + BJ

172

(16)

На рис.1 представлены .построенные на ЭВМ, ВАХ, где ччрихо^ вне кривые Д,111 побтрбены-'йо формуле^13),з кривые II,IV,состой ящие из четырех, сменяющих друг друга с ростом тока,участков-по' фср«улам (13-16).Нвся&одию отметать,чй зависимость (15) может описывать участки быстрого роста тока с напряжением (см.участок 3 на кривых 11,17).

Рис.1.Теоретические ВАХ структур с разной длинои базы (кривые I, II - я/Ъ=12; III,IV - и/Ь=20)

J.AfcjjC

Предлагаемая модель, предсказы- , вавдая последовательную смену лампертовского закона (13) на более слабую зависимость(14), а затем йа более сильную характеристику. (15) и далее на новый квадратичный участок (16) может быть использована для объяснения м 1 2 экспериментальных В АХ, наблюдав-

. Ю \/,В мыхна различных диодных струк-

турах. изготовленвых из разных материалов (а-8е,Сс13,0а28з) и

обычно описываемых эмпирической зависимостью J ~ Vе1. В И4} при исследовании электропроводности тонких пленок а-Бе наблюдались ВАХ, представленные на рис.2а, Автор отмечает,что для раз-личных образцов показатель экспоненты с менялся.Для объяснения такого хода ВАХ автор использует теорию ТОГО наряду с теорией ударной ионизации..эффектами Зинера ¿ Френкеля (при . этом величины полей, по оценкам самого автора, оказываются меньше необходимы* для эффектов сильного поля). Результаты моделирования на ЭВМ экспериментальных ВАХ приведены на рис.26. Кривая 2-2" хорошо совпадает с экспериментальной ВАХ (рис.2а). Видно, что, подбирая соответствующим образом параметры материала (т.к. гостоян-

Рис.2.Эксперт,юнтальная ВАХ, воспроизведенная из [14](а) и теоретические, построенные на ЭВМ, ВАХ структур из а-Бе (до излома описываются формулой (13), а после излома - (15)).

Кривая 1-Г: №=0.3 мкм, %/Трд=1 .б*1018см~3с_1; 2-2* г. мкм,

Ид/т^б.ТИО^см^с"1; 2-2": и=2 мкм, Я{{/'с1В=10.17см"3с~1;

3-3': да-З мкм, N /х =1017см""3с_1. '

В И51 быта исследованы ВАХ образцов кристаллов типа Са^£>"* (рис.За). Авторы утверждают;- что в электрических полях 3.3*10^ 3.0*10^ В/см возможно имеют место- инфекционные явления. Результаты тщательного анализа экспериментальных кривчх и их моделирования на ЭВМ .гредставлены на рис.36. • ' ~ ~

В [16] при исследовании электрических свойств гетеропереход

дов саБ-саТе были получены ВАХ (ход которых авторы объясняют теорией ТОПЗ) представленные на рис.4а.Результаты моделирования на ЭВМ теоретических ВАХ приведены на рис.46. На кривой 3 (рис. 4а) прослеживается появление.после участка быстрого роста тока, квадратичного участка,который виден и на теоретических кр.2 и 3,

10" а) 1°1 10° $

¡С, из [151

45 К,2-160 *

Рис.Экспериментальные ВАХ, из [151(а)' и теоретические ВАХ " структур из 0а233(б)(1:Т=145 К.2-160 К,3-180 К,4-215 К,5-270 К),

СММГ ю0

ю2, к? ю'6 108

ю°1

[ЫМО) _б

ю -

' 10*1

4021б4 10'9уХд 10* 10< 10° 10< V,В а> - <Г/

:Рис.4.Экспвриментальные ВАХ из 116](а) и теоретические ВАХ структур СбБ-Ссйе (1:т=340 К, с =4.4*10~4см3/с; 2:Т=230 К, ср=2.3*10"2см3/с; 3:Г=130К, с =6.5*10_1с?л3/с)(б).

Таким образом смену закономерности или (и) .НТ2 на более сильную, описываемую эмпирической формулой «ГТ4* (с а>2), можно объяснить в рамках одной теории, а именно - дрейфовым механизмом омической релаксации в условиях рекомбинационно-стимулиро-ванной перестройки глубоких примесных центров.

Предлагается новый метод определения нескольких параметров полупроводниковых материалов, который состоит в анализе участка резкого роста тока,описываемый выражением (15). Выбрав на экспериментальной кривой этого участка любые три точки (7^;^) (1=1-3) необходимо составить систему из трех таких уравнений, решение которой позволяет определить постоянные А,В и 0, с помощью которых можно непосредственно определить параметры материала: СрТ^, 1р.

В случае режима диэлектрической релаксации в выражении для амбиполярной скорости дрейфа Уа(5) определяющей является часть, пропорциональная СЕ^-рФ^/бр].

Исследование этого режима в условиях шокли-ридовской рекомбинации приводит к ВАХ вида (171: 125 б т3'

'" £ "р "р 7 - (17)

В условиях, когда процессы рекомбинационно-стимулированных перестроек вносят небольшой вклад в процессы рекомбинации, в лампертовской зависимости (17) (в условиях ^ X (О появляются добавочные члены

V3 ( 2Е^тНЗсрОтр Т2 1

В условиях развитых рекомбинационно-стимулированных перестроек глубоких рекомбинационных центров (комплексов) происходит принципиальное изменение ВАХ

Л = я2(Ь+1 )2 11н ту3 / ( Е а|з сй(70-7) 1, (19)

А. 1 /О

(70=Ся(Ь+1/(¿еТрдЦр)I ).

которое может приводить к быстрому роогу^тока с напряжениём (предпробойного типа), поскольку постоянная величина 70 в знаменателе убывает с ростом напряжения 7.

В условиях насыщения скорости рекомбинации (3) к падению напряжения

нэ 6838 должно быть добзвлбео пзд9ни8 нштряквния н8

р-n- и п-п+-переходах, поскольку в этих условиях падение напряжения на базе становится независимым от тока V=VQ, тогда ВАХ будет иметь вид

J = Jg esp tq(V-V0)/M4, (20)

где Jg=q(bf1}п^(У*У*)1/2 ; V*. V* определяются из (9а).

В четвертой главе рассматриваются диффузионно-дрейфовые режимы двойной инжекции, обусловленные перезарядкой глубоких примесных уровней в у слове, лх самоторможения - рекомбинации. Данные режимы реализуются в условиях, когда модуляция заряда глубоких-примесей существенно превосходит как модуляцию объемного заряда р, так и заряд нескомпеясированных доноров Nd, т.е. в выражении для амбиполярной скорости дрейфа va(5) определяющей будет часть , пропорциональная [Htftp-pd(Ntftp)/dp]. В [101 показано, что в этих условиях в достаточно широком интервале уровней инжекции va является только функцией тсжа J и практически не зависит от p(x):va Z J/qbN-j.. Дт4фузионно-дрейфовое приближение обычно рассматривают в условиях преобладания токового Ej(6) поля над дем-беровским Ер(7).Основное уравнение задачи (4) решается при граничных условиях (9). В зависимости от соотношения величин граничных концентраций р(0) и p(w) и относительной длины п-базы w/L могут существовать разные типы пространственного распределения концентрации неравновесных носителей р(х). -

Когда распределение концентрации свободных носителей спадает от инжектирующего р-п-перехода вглубь толщи базы (dp/dx < 0) реализуется совпадение направлений амбиполярных диффузии и дрейфа. Исследование данного режима для тонких диодов (w/L<1) в условиях обоих неидеальных контактов и в предположении, что рекомбинация неравновесных электронов и дырок подчиняется статистике Шокли-Рида, полученное в [101 .приводит к выражению для ВАХ, содержащей участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением (ОДО) .

V » ï J3'2 exp Iw/(aJb2)î , Ia=(2qDnHtr13. (21 ) Исследование данного режима с использованием выражения для скорости рекомбинации U (2) в условиях, когда рекомбинационно-стимулированная перестройка глубоких примесных центров вносит еще неопределявдий вклад в процессы рекомбинации приводит к ВАХ, описывающей участок с 0JC;

V = Vq/J3, Vg-aCpQTf^/taqjipCbT+b+l )a4L2wl. (22)

Сравнение (21) и (22) показывает, что изменение закона рекомбинации приводит к принципиальному изменению вида ВАХ.

Когда распределение концентрации свободных носителей , возрастает от инжектирующего р-п-перехода к аккумулирующему п-п+-контакту (dp/dx>0) реализуются встречные направления амбиполярг-ных диффузии и дрейфа. ..

При исследовании диффузионно-дрейфового режима, р условиях встречных направлений и обычной шокли-ридовской рекомбинации П.М.Карагеоргий-Алкалаевым и А.Ю.Лейдерман в [183 был впервые теоретически предсказан эффект инжекционного обеднения, приводящий к ВАХ вида ,

V = VQ exp [aJw], .., : , • (23)

М f qVp(7+l) )U2 '

vn = — 2bMt :-:- ' ■•"

U q l: (bf+b+l )nnJ J

В данной главе исследование этого режима было проведено в условиях полного4 насыщения -скорости рекомбинации ({3). Было получено выражение для ВАХ такого жв^ вида, j23), но отливающееся предэкспоненциальным множителем"'^:' ' ! Л

И Nt ГГ v -|1/2 4b%Ntw ,-1

v ~ — зь--—-- +-- -(24)

0 q. Ьт+Ь+1 LlqVp(b7+b+1 )(T+1 )J . • i^J J

Таким образом, проведешое исследование показывает, что эффект инжекционного обеднения может иметь место и в условиях интенсивных рекомбинационно-стимулированных процессов.

Основные результаты в вывода: '

1. На основании исследования диффузионного режима двойной инкекции в условиях насыщения скорости рекомбинации, обусловленного рекомбинационно-стимулированными перестройками глубоких примесных центров, получена экспоненциальная зависимость тока от напряжения типа J ~ ехр(qV/a КГ) с показателем экспоненты а, который-определяется только отношением подвижностей электронов и дырок (а = б/(Ь+1)), что цринципиально отличает полученную зависимость от известной вольт-амперной характеристики В.И.Стафеева.

2. Изучение дрейфового режима омической релаксации на на-

бальном атапе развития процессов самоторможения рекомбинации показало, что рекомбиазциоЕНо-стимулированные перестройки глубоких примесных центров обуславливают смену известного закона Толпыго-Заславской-Лэмперта-Марка J " на более слабую за-

висимость вида J ~ V2/[ M(J) яг]. По-видимому, с помощью этой закономерности можно объяснить экспериментальные результаты, полученные на диодных структурах иь GegSg [15]

3. Для дрейфового режима омической релаксации в условиях развитых рекомбинационно-стимулированных перестроек глубоких примесных центров, когда они играют определяющую роль в процессе рекомбинации, получена зависимость тока от напряжения вида Vs=A+BjV^-DJ~ , которая позволяет'описать участки быстрого роста тока с напряжением обычно описывавшиеся эмпирической зависимостью J ~ Va (со2) и называвшеся "предпробсйными". В частности, эта впервые полученная теоретическая закономерность позволяет объяснить экспериментальные результаты, получ&нвке на различных диодных структурах изготовленных из разных материалос - аморфного селена [141, GagSg'dSl. CdS [163 в рамках, одной модели.

4. Впервые предлагается новый метод одновременного определения нескольких параметров полупроводниковых материалов (Njj/Tgg, Cptjjg, Яр), основанный на измерении ВАХ диодных структур в дрейфовом режиме омической релаксации на участке быстрого роста тока.

5. В условиях диэлектрической релаксации объемного заряда и развитых. процессов самоторможения рекомбинации происходит смена известного закона Ламперта J ~ Ww5 на новую закономерность вида J " w3/(Vq-V), (где w-длина образца, VQ=const), т.е. . принципиально меняется характер 'зависимости как от напряжения так и от длины образца.

6. Исследование диффузионно-дрейфового режима двойной ин-жекции, обусловленного перезарядкой глубоких примесных центров, при совпадающих направлениях амбиполярных диффузии и дрейфа на начальном этапе развития процессов рекомбинационно-стимулиро-ванных перестроек глубоких примесных центров позволило аналитически описать участок с.ОДС с помощью зависимости типа V " !/J3.

7. Исследование диффузионно-дрейфового режима при встречных направлениях амбиполярных диффузии и дрейфа в условиях на-

сщения скорости рекомбинации покарало, что эффект инфекционного обеднения может иметь место и в условиях.интенсивных реком-

бинационно-стимулирозанных процессов.

Содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Leiderman A.Yu..Mlnbaeva М.К. Current characteristics of diode structures on conditions that saturation of recombination rate, takes place // УзФЖ. -1994. JS 2. C. 10-14.

2. Лейдерман А.Ю.,Минбаева М.К. Дрейфовый механизм ''омической релаксации в условиях насыщения скорости - рекомбинации // Докл.АН РУз. 1994. .4 7. С.19-22.

3. Лейдерман А.Ю. .Минбаева М.К. Дрейфовый режим диэлектрической релаксации в условиях насыщения скорости рекомбинации // УзФЖ. 1994. Я б. С.57-59.

4. Лейдерман А.Ю..Минбаева М.К. Новый механизм резкого роста тока в селеновых диодных структурах // Докл.АН РУз. 1995. М 4. С.

5. Лейдерман А.Ю. .Минбаева М.К. Механизм токопрохождения в кристаллах типа ,Са233 //"Докл«АК РУз.. 1995, Л 5-6; С. -

6. Лейдерман А.Ю. .Минбаева М.К. Амбиполярный диффузионно дрейфовый транспорт носителей,в условиях насыщения скорости рекомбинации // УзФЖ. 1995. J6 4. 0.

7. Leiderman A.Yu. .Minbaeva М.К. On .the theory of current -voltage characteristic of semiconductor dioue structures with strong carrier accumulation on conditions of saturation of recombination rate // Turkish Journal. of Physics. 1995.

8. Лейдерман А.Ю. .Минбаева М.К. Изучение процессов токопрохождения в свбтодиодах на основе полупроводников с рекомби-национно—стимулированными перестройками глубоких примесных центров. I Международная конференция молодых г'изиков по твердотельной электронике. Тезисы докладов. Наманган, октябрь, 1994 г., С.76.

9. Лейдерман А.Ю. .Минбаева М.К. Встречные направления амбшга-лярных диффузии и дрейфа в p-i-n-структурах в условиях насыщения скорости рекомбинации. I Международная научная конференция по новым материалам и приборам. Тезисы докладов. Ташкент, ноябрь, 1994 г., С.126

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1 Sbockley W<, Bead. V. // Phys.Rev.1952.vol.87.* 5.p.835-842.

2 ' Рканов A.B. // «TT. 1961. Т.З. B.12. C.3691-3697.

3 Гуляев D.B. 7/ OTT. 1961. Т.З. je. С.382-383.

4 Karageoisr-Alkaiaey P.M. , Leidennan A.Yu. // Phys.Stat .Sol * 1968. vol.26. JÉ2. p.419-428.

5 . Дикман 6.M. 7/«ТП. 1992. T.26. B.8. C.1427-1432.

6 Лейдермав A.D. // Докл. АН УзССР. 1987. т. С.21-23.

7 Лейдерман A.D. // Докл.АН УзССР. 1989. JS1. С.24-26.

8 Лейдерман A.D. // Докл.АН УзССР. 1989. J64. 0.25-27.

9 Karageorgy-Alkalaev Р.И., Leidennan A.Yu.// Phys.Stat.Sol. (á). 1987. vol.100. JCi - p,221-231.

10 Адаровщ Э.И., Карагеоргий-Алкалаев П.М., Лейдерман A.D. , Токи двойной инжекции в полупроводниках // М.: Советское

радио, 1978.-420 0. ' V ;..'<• „- ,• ИСтафеев В.И. // 8ТФ. 195^. Т.'28. JÉQ. C.1631-Í641. , /

12 Толпыго К.В.,Заславская И.Г. // ЖТФЛ955.Т.25.#5. С.955-977.

13 Ламперт М., Марк П. Инжекционные токи в , твердых телах // М.: Мир, 1973.-416 С.

14 Чеснис. A.A. // ©ГЛ. 1993.'Т,27. В.5. C.848-J851.

15 Тагиев Б.Т., Тагиев O.E., Касимова Т.А. // ФТП. 1991. Т.25. в.2. с.1877-1882.

16 Варанш В.Е., Махний В.П. //ФГП. 1991. Т.25. В.2. С.217-221.

17 Lampert М.А., Rose А. // Phys. Re v. 1961. vol.121.. J»1. p.26-37,

18 Leiderroan Á.Yu., Katageorgy — Alkalaev P.M. //Solid State Сошпип. 1978^yol.27. №4.; p.339-34t.

чук;ур киришмали марказларнинг ржошшвдон-^узодшувчи ^аита цтштт ярим утказгичлардаги иншцион рдисмар

М.К.МИНБАЕВА МАЗМУНИ

Диссертация ишида чу^ур киришмали марказларнинг рекомбина-Моннрзгатилувчи ^айта 1$урилшши ярим утказгич материаллар ёсосида яратилган диод структураларида ток утишнинг диффузион, дрейф ,ва диффузион-дрейф реащмлари урганилган.

Чурр киришмали марказларнинг рекомбивацйон-рзгатилувчи %айта ^урилиш натикасида рекомбинация тезлиги туйишшига чищ.ан шароитда диффузион режим урганилиши асосвда J .**• ехр аКГ]

турдаги экспоненциал токли богланиш топилган. Бу ерда экспонента курсаткичи а заряд ташувчиларнинг ^аракатчанлиги нисбатлари-^а богли&цир.

Икки енлама инжекциянинг омик релаксацияси ривокланган ре-комбинацион-кузгатилган караёнлар шароитида урганилган. Бу ур-ганиш У=А+В«Г/2-В«Г1/2 богланишига олиб келди. Бу богланиш экс-периментал ВАХларда кузатилган тез усиш со$аларни тушунтириб беради. Бу экспериментал ВАХлар ^ар хил материаллардан тайер-ланган ва J " У01 эмпирик формула билан таърифланадиган $ар хил диод структураларида кузатилган.

. Диэлектрик релаксация режимини ривожланган рекомбинацион-^узгатилган караёнлар шароитида урганиш J "У^/ет5 классик Лам-перт фэнунининг J " гР/(7д-7) турдаги бо^ланшш билан алмашини-иига оЛиб квлишини курсатди. Бу янги богланиш "тешилиш" турдаги сорга утади.

Чудур киришали марказларнинг рекомбинацион-дузгатилган з^айта дуришли жараенларнинг ривожланишининг бошлангчч этапида амбиполяр диффузия ва дрёйфларнинг йуналишлари мое келганда иски енлама диффузион-дрейф режими урганилиши манфий дифференциал ^аршиликли со^ашшг V ~ 1/Л® турдаги богланиш билан . тушунтири-шига имкон берда. •••-..^ -

Чу^ур киришмали марказларнинг рекокЗинацион-1$узгатилган 1^айта ^урилиш натижасида рекомбийация тезлиги туйинишига '-ащан шароитда инжекцион "камбагалланиш" эффекта-о^дий шароитга нис-бзтдан кичикро^ токларида булиии кхреашлган.

IK..;ir/riON PHENOMENA IK ,-.mCOI®UCTOHS WITH R2C0MBINATI0H-STIMULATEP JiUNSPOfKATIOMS OF IMPURITY CENTRES

Diffusion, drift and diffusion-drift regimes of double injection in the diode structures prepared from semiconductor materials with recombination-stlreulated transformations of deep impurity centres (complexes) was studied..

On conditions when recombination-stimulated transformations of deep impurity centres leads to saturation, of , recombination rate injection diffusion regime was investigated i Exponential .current-voltage characteristic-J ~ exp [qV/ akl] was obtained (where exponential index a = 6/(b+1)).

' Investigation of ohmical relaxation's regime of double' injection on conditions of intensive recombination stimulated processes leads to dependense of the type Y=A+BJ1/2-DJ"1/2. This dependence allowed to explain the rapid increasing regions of the experimental current-voltage characteristics which are observed on diode structures iron different: materials and usually are described by empirical formula J " V01.

- Investigation of insulator relaxation's regime on conditions, of intensive'recombination stimulated processes has shown that change of recombination's-law leads to dependence J ~ w3/ (Vg-V) which replaces classical Lampert's law J ~V3/w5., Then region of "holdfast" type; appears.

Investigation of diffusion-drift regime of double injection by coincidence of ambipolar diffusion and drift 'j" directions on development's initial stage of processes of deep impurity centres's recombination stimulated transformations allowed ana-liticaliy describes the region y»ith negative differential resistance by dependence of the type V ~ 1/J3.

It is shown that effect of "injection exluaion" may be to take place also on condition of saturation of recombination rate. '

M.K.MINBAEVA

ABSTRACT