Исследование специфики фликкерных и естественных шумов в полупроводниковых структурах на основе GaAs тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ



004617474

ШМЕЛЕВ Евгений Игоревич

ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕЦИФИКИ ФЛИККЕРНЫХ И ЕСТЕСТВЕННЫХ ШУМОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ СаАв

01.04.03 - Радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 6 ДЕК 2010

Нижний Новгород - 2010

004617474

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Якимов Аркадий Викторович.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор Кисляков Альберт Григорьевич,

кандидат физико-математических наук доцент Медведев Сергей Юрьевич.

Ведущая организация: Институт физики микроструктур РАН.

Защита состоится « ^ » Цбисс&^Р 20'^ г. в

4 ¡-во

на заседании диссертационного совета Д 212.166.07 при Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского (603950, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 1, ауд. 420).

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим отравлять по указанному адресу учёному секретарю совета.

Автореферат разослан « 4-3 » 20 (О г.

Учёный секретарь диссертационного совета

к.ф.-м.н., доцент Черепенников В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ

Актуальность темы

Настоящая работа представляет собой развитие цикла исследований природы низкочастотных шумов полупроводниковых приборов, выполняемых на кафедре бионики и статистической радиофизики Нижегородского государственного университета (ННГУ). Основные результаты, полученные ранее, обобщены в диссертациях C.B. Макарова, М.Ю. Перова, A.B. Белякова,

A.B. Моряшина и A.B. Клюева.

Флуктуационные явления (шумы) в полупроводниках обусловлены случайным характером происходящих в них физических процессов. В диссертации рассматриваются естественные шумы (тепловой; дробовой), а также фликкер-ный шум.

Фликкерный шум, иначе называемый 1 If шумом, существенно ограничивает эксплуатационные качества приборов (например, чувствительность и стабильность), требования к которым постоянно повышаются. В связи с этим исследования \lf шума в полупроводниках является важной проблемой современной радиофизики.

Для достижения существенных результатов в исследовании природы фликкерного шума необходимо разработать модель, позволяющую адекватно объяснить механизм его формирования. Исследования шума проводятся более 80 лет, однако его природа до конца не выявлена. На данный момент имеется значительное количество публикаций по исследованиям фликкерного шума различных объектов, выполненных рядом исследователей: A. Van der Ziel, F.K. Du Pre, A.H. Малахов, F.N. Hooge, T.G.M. Kleinpenning и L.K.J. Vandamme, Ш.М. Коган, P. Dutta и P.M. Horn, J. Clarke и R.F. Voss, M.B. Weissman, Г.Н. Бочков и Ю.Е. Кузовлев, В.П. Паленскис, Н.Б. Лукьянчикова, Р.З. Бахтизин и С.С. Гоц, А.К. Нарышкин и A.C. Врачев, Г.П. Жигальский,

B.В. Потемкин, С.А. Корнилов, В.Н. Кулешов, М.Е. Левинштейн и

C.Л. Румянцев, С.Ф. Тимашев, Г.А. Леонтьев, T. Musha и M. Yamamoto, В.П. Коверда и В.Н. Скоков, Р.Н. Handel, К.А. Казаков, и др.

В настоящее время в научно-технической литературе активно обсуждается связь 1// шума в полупроводниковых структурах с флуктуациями либо концентрации носителей тока (¿«-модель), либо их подвижности (¿/¿-модель). Для полупроводниковых приборов выявлена связь между 1/f шумом и качеством кристаллической решетки (наличием дефектов). Поведением дефектов в кристаллической решетке можно объяснить флуктуации концентрации свободных носителей, а также флуктуации подвижности. В частности, в первом случае дефект должен проявлять нестабильность заряда в результате захвата и испускания носителей тока (например, модель Мак Уортера), а во втором случае -должен быть способным изменять свою конфигурацию в пространстве.

На сегодняшний день одной из распространенных моделей для объяснения 1 If шума в полупроводниках является модель бистабильных дефектов.

ные дефекты формируются, предположительно, бистабильными (в общем случае мультистабильными) дефектами кристаллической решетки образца. Модель бистабильных дефектов, первоначально разрабатываемая в рамках представлений о флуктуациях подвижности, обобщается и для учета составляющей флик-керного шума, связанной с флуктуациями концентрации свободных носителей тока. При этом достоверная информация о природе источников, вызывающих флуктуации подвижности, в рамках модели бистабильных дефектов до сих пор, по-видимому, отсутствует.

Таким образом, исследования по выявлению источников, способных приводить к флуктуациям подвижности, и исследования, позволяющие определить соотношение вклада от ёр- и 6п- составляющих данными источниками в результирующий спектр фликкерного шума, являются актуальными.

По мере того как флуктуационные исследования расширялись и углублялись, становилось очевидным, что их результаты содержат ценную информацию о физических процессах в полупроводниках и полупроводниковых структурах. Поэтому такие исследования открывают дополнительные возможности для изучения процессов, определяющих не только шумовые, но и нешумовые параметры и характеристики полупроводниковых материалов и приборов. Именно такой подход к роли и значению флуктуационных исследований наиболее полно отражает их актуальность для современной полупроводниковой электроники.

Помимо изучения фундаментальных аспектов, касающихся природы 1// шума, отдельный интерес представляет практическое приложение М/шумового анализа. Одним из направлений, активно развиваемых в последние годы, является использование М/ шумового анализа в качестве неразрушающего инструмента диагностики качества структуры. Во фликкерных флуктуациях, по-видимому, находят свое отражение электронные и атомные процессы в веществе, характеризующие особенности микроструктуры твердых тел. Это дает возможность использовать М/ шум для получения информации о качестве и надежности полупроводниковых структур. В частности, на основе исследования статистических свойств II/шума возможно тестирование, контроль качества полупроводниковых структур и выявление потенциально ненадежных образцов.

В диссертационной работе развивается метод, направленный на выявление областей шумообразования в полупроводниковых структурах с помощью совместного анализа спектра фликкерного шума и вольтамперной характеристики (ВАХ) структуры. Исследования в части локализации области шумообразования в полупроводниковых структурах (рассматриваются полевые транзисторы с затвором Шоттки, эпитаксиальные пленки и низкобарьерные диоды Шоттки с 8-легированием), а также выявление источников фликкерного шума (дефектов) направлены на комплексный анализ природы фликкерного шума в структурах на основе ваАз.

Кроме \// шума в работе исследуется также специфика естественных шумов (теплового, дробового) в полупроводниковых структурах.

Естественные шумы проявляются в структурах при малых токах, а также при работе без внешнего постоянного смещения. Ранее Клюевым показано, что подход Ван дер Зила не применим для определения спектра естественных шумов р-п перехода, а также барьера Шоттки, обладающих коэффициентом неидеальности ВАХ, превышающим единицу. В данной работе предлагается модификация соотношения Ван дер Зила для спектра естественных шумов диода.

Расшифровка шумовых данных осложняется тем, что в процессе измерений получаемые оценки статистических характеристик шума прибора зачастую искажаются из-за влияния внешних электромагнитных помех. Это особенно характерно для нелинейных образцов, обладающих малыми шумами (по сравнению с собственным шумом измерительной установки) и способных детектировать внешние помехи. В этой связи было уделено отдельное внимание разработке установки, позволяющей осуществлять измерения шумовых характеристик прибора в наиболее благоприятных, с точки зрения внешних помех, условиях.

Основные цели диссертации

1. Модификация модели I// шума в СаАз на основе анализа известных данных об электрофизических параметрах и спектре 1// шума в планарных полевых транзисторах Шоттки и эпитаксиальных пленках.

2. Выявление потенциальных источников М/шума в структурах на основе СаАБ путём исследования строения и механизма мультистабильности существующих точечных дефектов.

3. Сравнительный анализ проявления фликкерных флуктуаций подвижности и концентрации свободных электронов в СаАв, вызванных стохастическими изменениями состояния мультистабильных точечных дефектов и сложных дефектов (комплексов).

4. Разработка эквивалентной схемы низкобарьерного диода Шоттки с 5-легированием для конкретизации природы и дифференциации возможных источников фликкерного шума на основе измерения семейства спектров низкочастотного шума при прямом и обратном напряжениях смещения.

5. Модификация соотношения Ван дер Зила для определения спектра естественных шумов диодов с р-п переходом, а также барьером Шоттки, обладающих коэффициентом неидеальности ВАХ, превышающим единицу. Экспериментальная проверка модифицированного соотношения. Уточнение шумовых параметров приборов, использующих подобные полупроводниковые диоды.

Научная новизна

1. Предложено в качестве механизма, приводящего к мультистабильности дефектов, рассматривать влияние эффекта Яна-Теллера, которому подвергаются собственные дефекты и атомы легирующей примеси в

полупроводниках. Впервые механизм образования 1// шума связывается с дефектами, подверженными влиянию эффекта Яна-Теллера.

2. Показана способность бистабильных точечных дефектов к генерации фликкерных флуктуаций в подвижности и концентрации свободных электронов. Для наиболее типичных параметров легирования ваАэ кремнием впервые показано доминирование составляющей, вызванной флуктуациями подвижности. Подобный результат свидетельствует в пользу ¿//-модели 1//шума.

3. Впервые показано, что в ОаАв, легированном кремнием, удельный вклад спектральной составляющей фликкерного шума, определяемой биста-бильными точечными дефектами с флуктуирующим зарядом, существенно превышает вклад сложных дефектов (комплексов), бистабильность которых проявляется через переориентацию в пространстве.

4. Предложена модифицированная модель, описывающая источники и проявление фликкерного шума в низкобарьерных диодах Шоттки с 5-легированием. Показано, что фликкерные шумы в исследуемых образцах могут быть обусловлены не только флуктуациями эффективного числа атомов донор-ной примеси в 5-слое перехода Шоттки, но и флуктуациями тока утечки.

5. Модифицировано соотношение Ван дер Зила для определения спектра естественных шумов р-п перехода, а также барьера Шоттки, с коэффициентом неидеальности ВАХ, превышающем единицу. Модифицированное соотношение подтверждено экспериментально.

Практическая значимость работы

Определена структура возможных мультистабильных дефектов как потенциальных источников фликкерного шума. Механизм образования шума связывается с дефектами, подверженными влиянию эффекта Яна-Теллера. Предложено обоснование, свидетельствующее в пользу ¿//-модели I// шума в ОаАэ. Данные результаты могут быть использованы для конкретизации природы фликкерного шума.

Показано, что в СаАв, легированном кремнием, удельный вклад спектральной составляющей фликкерного шума, создаваемого бистабильными точечными дефектами с флуктуирующим зарядом, существенно превышает вклад сложных дефектов (комплексов), бистабильность которых проявляется через переориентацию в пространстве. Данный результат свидетельствует о том, что существование в пространстве кристаллической решетки дефектов парного типа предпочтительнее, чем наличие точечных дефектов.

Для выявления и дифференциации источников фликкерного шума выполнен совместный анализ ВАХ и токовой зависимости спектра низкочастотного шумового напряжения полупроводниковых структур при прямом и обратном смещениях. Результаты анализа при обратном смещении использованы для определения механизма шумообразования в структурах.

Предложенная модификация соотношения Ван дер Зила для спектра естественных шумов диодов с р-п переходом, а также барьером Шотгки, обладающих коэффициентом неидеальности ВАХ, превышающим единицу, применена

для уточнения шумовых параметров приборов (например, для детекторов: отношение «сигнал/шум», эквивалентная шумовая мощность), использующих данные полупроводниковые диоды.

Основные положения, выносимые на защиту

1. В качестве источников фликкерного шума в эпитаксиальных пленках, планарных субмикронных полевых транзисторах с плоским затвором Шоттки, выполненных на основе GaAs, предлагается рассматривать донорно-акцепторные пары, такие как VGaSiGa» VAsSiAs, VGaVAs.

2. Механизм образования фликкерного шума в GaAs связан с дефектами, подверженными влиянию эффекта Яна-Теллера.

3. Составляющая спектра фликкерного шума, связанная с флуктуациями подвижности, превышает составляющую, связанную с флуктуациями концентрации свободных электронов для точечных дефектов с зарядовой бистабиль-ностью в GaAs, легированном кремнием.

4. В GaAs, легированном кремнием, удельный вклад спектральной составляющей фликкерного шума, создаваемого бистабильными точечными дефектами с зарядовой мультистабильностью, существенно превышает вклад сложных дефектов (комплексов), бистабильность которых проявляется через переориентацию в пространстве.

5. Фликкерные шумы в диодах Шоттки с 8-легированием обусловлены флуктуациями эффективного числа атомов донорной примеси в 5-слое перехода Шоттки и флуктуациями тока утечки.

6. Предложено модифицированное соотношение Ван дер Зила, позволяющее определить спектр естественных шумов р-п перехода, а также барьера Шоттки, с коэффициентом неидеальности ВАХ, превышающем единицу.

Апробация результатов и публикации

Обоснованность научных положений и выводов, полученных в диссертации, обеспечивается строгостью применяемых методов статистической радиофизики и твердотельной электроники. Адекватность разработанных моделей подтверждается удовлетворительным описанием экспериментальных данных, полученных для разных типов структур. Отдельные из полученных результатов согласуются с исследованиями других авторов.

Основные результаты диссертационной работы отражены в 16 научных публикациях [1-16], Среди них 5 статей в рецензируемых изданиях: опубликованы четыре статьи в журнале "Вестник ННГУ. Серия Радиофизика"; одна статья принята к печати в журнале "Fluctuation and Noise Letters".

Результаты работы регулярно докладывались и обсуждались на семинарах кафедры бионики и статистической радиофизики ННГУ, а также прошли апробацию на ряде научных конференций:

- Ежегодные международные научно-методические семинары "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах" (20072009 г., МНТОРЭС им. А.С.Попова, Москва);

- Международные конференции по шумам и флуктуациям (International Conference on Noise and Fluctuations) ICNF-2007, Japan, Tokyo, 2007 г.; ICNF-2009, Italy, Piza, 2009 г.;

- XII Международный Симпозиум. "Нанофизика и наноэлектроника". 10-14 марта 2008 г., Н.Новгород;

- Ежегодная "Нижегородская сессия молодых ученых" (Н.Новгород, 2007-2009 г.).

Личный вклад автора

Диссертант принимал непосредственное участие как в постановке задач, так и в расчетах, построении аналитических моделей, экспериментальных работах, обсуждении и физической интерпретации результатов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы и двух приложений. Общий объем диссертации составляет 147 е., из них основной текст 128 е., приложения - 6 е., библиографический список - 13 с. (162 наименований). Работа содержит 69 рисунков и 11 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении обоснована актуальность рассматриваемой темы исследования, изложено современное состояние подобных исследований в мире, проведен обзор литературы по теме диссертации, приведены положения, выносимые на защиту.

В Первой главе диссертации, посвященной выявлению природы и специфики \lf шума в структурах на основе GaAs, исследуются строение и механизм мультистабильности дефектов. Анализируется способность бистабильных точечных и сложных дефектов генерировать фликкерные флуктуации подвижности и концентрации свободных электронов.

В Разделе 1.1 описываются простейшие точечные дефекты и образованные ими комплексы в кристаллической решетке. Рассматривается свойство мультистабильности дефектов. Приводятся энергетические диаграммы для разных вариантов проявления данного свойства у дефектов (зарядовая и пространственная мультистабильность).

В Разделе 1.2 приводится модель бистабильных дефектов для описания 1// шума. В рамках данной модели предполагается, что шум генерируется бис-табильными дефектами (как частный случай мультистабильных дефектов) в кристаллической структуре полупроводника. В качестве бистабильных дефектов рассматриваются стохастически "вращающиеся" диполи (рис. 1а), образованные донорно-акцепторными парами. Стохастические переключения

состояний дефекта описываются энергетической диаграммой (рис. 16), которая в упрощенном виде может быть представлена двухуровневой системой (ДУС). Спонтанные (термоактивированные) переключения между состояниями отдельной ДУС приводят к изменению электрофизических параметров образца (например, проводимости), имеющему вид случайного телеграфного процесса. Суперпозиция случайных процессов, генерируемых ансамблем ДУС, при определенных условиях имеет спектр вида \1/, хотя и в ограниченном, но достаточно широком диапазоне частот.

Для объяснения спектра II/шума, измеряемого в диапазоне частот от 1 Гц до 100 кГц, требуется набор ДУС с равномерно распределенными энергиями ДЕ в диапазоне от 0.3 до 0.6 эВ.

0\

а)

б)

Рис. 1. (а) Вращающийся диполь как пример бистабильного дефекта в ОаАэ решетке; (б) энергетическая диаграмма бистабильного дефекта

Согласно модели бистабильных дефектов спектр относительного шумового напряжения д V в диапазоне fiow </< fhigh определяется выражением

\2

<п = ± =_^_

'KJ) V2 4/ln(/„,s„//,o,

(1)

где N,1 = па ■ Уе_и - полное число бистабильных дефектов в объеме Уф цл - компонента полной подвижности и, связанная с рассеянием на ансамбле бистабильных дефектов; /¡от - нижняя и верхняя границы моделируемого спектра. Параметр (др<1,) 1 отражает относительное изменение сечения рассеяния на одном дефекте когда дефект перемещается между локальными состояниями "1" с //¿Г1" и "0" с

В Разделе 1.3 приводятся результаты совместного анализа электрофизических и шумовых характеристик двух типов ваАБ структур: прототипов пла-нарных субмикронных полевых транзисторов с затвором Шоттки, а также эпитаксиальных пленок. Анализ проводился с целью выявления источников II/ шума и показал, что согласно модели бистабильных дефектов ^шум в рассматриваемых структурах может быть вызван некими нейтральными комплексами дефектов парного типа (рис. 1а). Данные комплексы определены как нейтральные, так как выявленное изменение количества дефектов в результате естественного старения полевых транзисторов не привело к изменению концентрации свободных электронов в зоне проводимости. На основе экспериментальных данных оцениваются флуктуации подвижности (<5//л)ь обусловленные "вращением" диполей, и минимальная длина плеча диполя.

В данном разделе также исследуются комплексы в и-GaAs, легированном Si, которые имеет дипольную структуру. В качестве простейшего примера комплексов дефектов рассматриваются структуры таких донорно-акцепторных пар, как SÍASSiGa, VGaSÍGa, VAsSÍas. Например, VGaSÍGa комплекс содержит вакансию галлия (VGa) и атом кремния (SioaX замещающего ближайший атом галлия в кристаллической решетке. Также в кристаллической решетке могут существовать комплексы, содержащие две вакансии VüaVAs (дивакансия) и комплексы, включающие в себя атомы, располагающиеся в междоузлии, например, междо-узельный атом кремния (Is¡), формирующий пару SiAsIs¡.

В Разделе 1.4 рассматривается эффект Яна-Теллера в качестве механизма формирования стохастической мультистабильности дефектов, способных привести к появлению фликкерного шума. Согласно данному подходу исследуется возможность сложного дефекта, содержащего вакансию галлия и мелкоуровне-вый донор кремния (VGaSÍGa), выступать в роли пространственного мультиста-бильного дефекта и DX-центра - в качестве дефекта с зарядовой мультистабильностью.

В частности, вакансия Voa, входящая в состав комплекса VGaSÍGa, смещена из узла идеальной кристаллической решетки благодаря влиянию эффекта Яна-Теллера. У вакансии VGa"2 должно существовать до четырех направлений смещения (изображены стрелками на рис. 2а). Каждое смещение соответствует своему метастабильному состоянию в пространстве. Изменение позиции вакансии влечет за собой изменение в пространственной ориентации VGaSÍGa комплекса, и, как следствие, изменяется сечение рассеивания данного комплекса. Схематичная модель двух ориентаций VGaSÍGa комплекса представлена на рис. 26, где VGa вакансия располагается в локальных состояниях, соответствующих смещениям "1" и "3". В конфигурациях "1" и "3" дырка локализуется на "оборванных" связях 1 и 3 атомов As.

Рис. 2. (а) Четыре направления смещения вакансии Ува2; (6) схематичная модель двух пространственных ориентаций Уоа81оа комплекса с Уоа вакансией в локальных состояниях "1" и "3". На рисунке не показано перемещение соседних атомов, которые должны сместиться вместе с дефектом к новому равновесному состоянию

а)

б)

О - атом As

Анализ известных теоретических и экспериментальных данных показал, что для Уса81са (содержащего вакансию УСа"2) энергетический барьер АЕ, необходимый для переориентации комплекса как целого, превышает 0.2 эВ.

В разделе исследуется потенциальная возможность дефектов, подверженных влиянию эффекта Яна-Теллера, участвовать в формировании наблюдаемого спектра фликкерного шума в ОэАб образцах.

В Разделе 1.5 анализируется способность бистабильных точечных и сложных дефектов в СаАв, легированном 81, генерировать фликкерные флуктуации подвижности и концентрации свободных электронов.

В качестве источника фликкерного шума рассматривается ансамбль бистабильных точечных дефектов, способных изменять свой заряд. В данном случае флуктуации концентрации свободных носителей 8п, вызванные изменением заряда ансамбля дефектов, сопровождаются коррелированными флуктуациями подвижности З/л. Компонента фликкерного шума, вызванная флуктуациями подвижности ££(/), определяется согласно (1); для учета флуктуаций концентрации используется следующее выражение:

1

1п(/,„^ //,„,„) /' (2)

где АуУ - изменение числа свободных носителей вследствие изменения заряда одного нестабильного дефекта.

Показывается, что в СаАв составляющая спектра II/ шума, связанная с флуктуациями подвижности превышает составляющую вызван-

ную флуктуациями концентрации свободных носителей.

Сравниваются (на основе численных оценок) спектральные составляющие фликкерного шума, создаваемые бистабильными точечными дефектами с флуктуирующим зарядом и сложными дефектами (комплексами), бистабиль-ность которых проявляется через переориентацию в пространстве.

В Разделе 1.6 содержатся выводы по первой главе.

Во Второй главе представлены результаты исследования вольтамперных характеристик низкобарьерных диодов Шоттки с 5-легированием (НБДШ), выполнены предварительные оценки шумов в области малых токов и в режиме работы без постоянного смещения; предложены теоретические модели и физическая трактовка полученных результатов для данных диодов,

В Разделе 2.1 описывается структура НБДШ. На основе анализа ВАХ предлагается модель низкобарьерного диода Шоттки с 5-легированием, в которой учтено сопротивление омических контактов и базы диода (моделируются с помощью Ль), а также возможность существования утечки. Эквивалентная схема диода приводится на рис. 3. Здесь ток утечки - ток, который может быть обусловлен утечкой по периметру перехода, либо через дефекты структуры.

Рис. 3. Эквивалентная схема диода

Ток 1В через барьер Шоттки с приповерхностным 8-легированием описы вается соотношением:

' V,

ехр

ЧпУт

-1

(3)

Здесь У0 - напряжение, приложенное к барьеру Шоттки, Цо - коэффициент неидеальности, /, - характерный ток; а=с1Ю «1, й- ширина туннельного барьера на границе с металлом ~ единиц нанометра, О - ширина барьера Мотта ~ 100 нм.

Характерный ток /, равен:

Л=Л**7^-ехр(-Д(Д7), (4)

где А - модифицированная постоянная Ричардсона, 51 — площадь контакта, До - эффективная высота барьера при нулевом смещении, зависящая от параметров 5-легирования:

Г ^ Г л!

(5)

Здесь Ф - высота барьера на границе металл-полупроводник, А^ - поверхностная концентрация атомов донорной примеси, еео - диэлектрическая проницаемость полупроводника.

В общем случае ток утечки состоит из линейной 1п и нелинейной /„, компонент. В эквивалентной схеме диода Яп моделирует ток линейной утечки; ток нелинейной утечки /„; моделируется ВАХ обратно включенного диода с сопротивлением Я„/. Учет тока утечки позволил достичь удовлетворительного описания экспериментальных данных при положительных и отрицательных токах (рис. 4).

М1

££0 ^

I, мА

Диод Е478_7

1—1—Г

-0.8 -0.6 -0.4 а)

Рис. 4 ВАХ диода Е478_7 в области отрицательных (а) и положительных (б) токов, полулогарифмический масштаб. Точки - экспериментальные данные. Сплошная линия -результат полной аппроксимации, штриховые линии - вклад тока /в через барьер Шоттки,

а также токов утечки 1ц и /„/

На основе предложенной модели разрабатывается процедура выделения (декомпозиция ВАХ) токовых компонент диодов: 1й, 1ц и /„,.

В Разделе 2.2 приводятся результаты измерений спектров низкочастотных электрических шумов НБДШ в области малых токов (/д < /5 и //г=Л) при прямом и обратном напряжении смещения и в режиме без постоянного смещения (рис. 5).

а) б)

Рис. 5. Спектры шумового напряжения диода "О-ЗЗОк" при нулевом и при прямом напряжениях смещения (а), а также при обратном напряжении (б) смещения

Разрабатывается модель образования 1// шума в низкобарьерных диодах Шоттки с б-легированием. Для выявления специфики и локализации источников шумообразования здесь предлагается использовать измерения НЧ шума диода как при прямом, так и при обратном напряжениях смещения.

В Разделе 2.3 для объяснения измеренного М/шума в НБДШ применяются модели тока утечки и флуктуаций эффективного числа атомов донорной примеси в 8-слое перехода Шоттки (АЛ^-модель).

Модель тока утечки заключается в том что причиной М/ шума напряжения могут быть как относительные флуктуации линейной составляющей сопротивления утечки сУ?//(/), так и нелинейной

В рамках ДА^-модели считается, что к 1// шуму напряжения приводят относительные флуктуации дифференциального сопротивления проявляющиеся, согласно (4) и (5), через флуктуации Л^. Атомы практически полностью ионизованы. Однако в 8-слое и его окрестностях могут присутствовать атомы неконтролируемой примеси (водород, кислород), а также собственные дефекты. Предполагается, что каждый такой атом формирует ДУС. В частности, отмечается существование БХ-центров, в состав которых входят атомы кремния из 5-слоя.

Стохастические переключения между состояниями ДУС проявляются через стохастические (типа СТП) изменения энергии ионизации подобных

(бистабильных) атомов примеси. Эти изменения приводят к флуктуациям эффективного числа атомов донорной примеси ¿Ы^).

Спектр суммарного напряжения шумов в случае некоррелированных флуктуаций определяется как суперпозиция:

= Д//,«/. (6)

д

где У„; - коэффициент преобразования относительных флуктуаций сопротивления <-)7?л(/) в шумовое напряжение, выделяющееся на диоде; - спектр относительных флуктуаций сопротивления дЯ^).

Результат моделирования токовых зависимостей спектра фликкерного шума для прямого и обратного смещений диода приведен на рис. 6.

В /Гц

У -^ линеиная

/ ^^ утечка

' нелинепная\

Ж. 10 10"

Рис. 6. Токовая зависимость спектра 11/шумового напряжения 5„ диода 'Т)-330к" на частоте анализа/=10 Гц при прямом (а) и обратном (б) смещениях

На основе анализа ВАХ и спектра НЧ шума диодов определяются параметры для соответствующих моделей.

Оценки, сделанные на основе ДЛ^-модели, показывают, что эффективно один из 1 млн. (для некоторых диодов - один из 100 тыс.) атомов может изменять степень ионизации.

В Разделе 2.4 содержатся выводы по второй главе.

В Третьей главе исследуется спектр естественных шумов НБДШ и детекторов, использующих данные диоды.

В Разделе 3.1 в соответствии с доказанной ранее неприменимостью подхода Ван дер Зила для определения спектра естественных шумов р-п перехода, а также барьера Шогтки, обладающего коэффициентом неидеальности ВАХ превышающим единицу, приводится модификация соотношения Ван дер Зила. В случае цц> 1 соотношение Ван дер Зила противоречит теореме Найквиста при 10 =0. Модифицированное соотношение определяет спектр естественного шума следующим образом:

= (2с]1>]о)-{1[> + 2/у). (7)

Осуществляется экспериментальная проверка предлагаемого подхода на основе измерений НЧ шума НБДШ при малых токах и при нулевом смещении.

Зависимости спектра естественного шума от тока I через диод с 7?о =330 кОм в рамках модели Ван дер Зила и согласно предложенной ее модификации представлены на рис. 7. Коэффициент неидеальности для данного диода = 2.2. Сопротивление Ло определяет полное сопротивление диода при нулевом смещении.

Рис. 7. Зависимость спектра естественного шума (выделенного из полного спектра токового шума) от тока/через диод с Ко =330 кОм, г}о~ 2.2,1„ = 410"8 А (треугольники).

Сплошная линия - спектр, вычисленный согласно (7). Линия - • - отражает спектр теплового шума эквивалентного сопротивления 330 кОм

В Разделе 3.2 исследуется НЧ шум полупроводниковых детекторов на базе НБДШ, работающих без постоянного смещения. Уточняются, в соответствии с модифицированным соотношением Ван дер Зила, шумовые параметры полупроводниковых детекторов (отношение «сигнал/шум», эквивалентная шумовая мощность). Показано, что максимум отношения «сигнал/шум» и минимальная эквивалентная шумовая мощность детекторов достигается при коэффициенте неидеальности диодов равном единице.

В Разделе 3.3 содержатся выводы по третьей главе.

В Заключении изложены основные результаты и выводы.

В Приложении 1 представлена структура и принцип работы мобильной экспериментальной установки для измерения НЧ шумов полупроводниковых приборов.

В Приложении 2 приведен список сокращений и обозначений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Для двух типов структур, выполненных на основе ваЛв, эпитаксиаль-ных пленок и планарных субмикронных полевых транзисторов с плоским затвором Шоттки, подтверждено, что диполи, спонтанно изменяющие свою ориентацию в кристаллической решетке, могут являться источником наблюдаемого 1/У шума. В рамках ¿/¿-модели фликкерного шума выполнен поиск до-

норно-акцепторных пар, имеющих дипольный тип рассеяния для электронов в п-GaAs, легированном кремнием. Предложено рассматривать такие донорно-акцепторные пары, как VGaSiGa, VAsSiAs, VGaVAs.

2. В качестве механизма, приводящего к появлению мультистабильности дефектов, предложено учесть эффект Яна-Теллера, которому подвергаются собственные дефекты и атомы легирующей примеси в полупроводниках. Выявлена способность сложного дефекта, содержащего вакансию галлия и мелко-уровневый донор кремния (VoaSiGa), выступать в роли пространственного мультистабильного дефекта и DX-центра в качестве дефекта с зарядовой муль-тистабильностью. Показано, что данные дефекты способны формировать наблюдаемый спектр фликкерного шума в GaAs образцах. Сформулировано предположение, что механизм образования 1// шума связан с дефектами, подверженными влиянию эффекта Яна-Теллера.

3. Для наиболее типичных параметров легирования GaAs кремнием (в рамках модифицированной модели бистабильных дефектов) показан доминирующий вклад фликкерных флуктуаций подвижности. Подобный результат свидетельствует в пользу ¿/¿-модели l/f шума. Показано, что удельный вклад спектральной составляющей шума, определяемой бистабильными точечными дефектами с флуктуирующим зарядом, существенно превышает вклад сложных дефектов (комплексов), бистабильность которых проявляется через переориентацию в пространстве.

4. Предложена модель низкобарьерного диода Шоттки с 5-легированием, что позволило описать полученные экспериментальные токовые зависимости спектра фликкерного шума при прямом и обратном напряжениях смещения. Показано, что фликкерные шумы в исследуемых образцах могут быть обусловлены не только флуктуациями эффективного числа атомов донорной примеси в 5-слое перехода Шоттки, но и флуктуациями тока утечки.

5. Модифицировано соотношение Ван дер Зила для определения спектра естественных шумов р-п перехода, а также барьера Шоттки, обладающих коэффициентом неидеальности ВАХ, превышающим единицу. Модифицированное соотношение подтверждено экспериментально. Уточнены значения шумовых параметров (отношение «сигнал/шум», эквивалентная шумовая мощность) полупроводниковых детекторов, работающих без постоянного смещения.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых журналах:

1. Моряшин, A.B. Донорно-акцепторные пары как причина l/f шума в приборах на основе GaAs // A.B. Моряшин, Е.И. Шмелев, A.B. Якимов // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия Радиофизика. -2007.-Вып. 1.-С.78-82.

2. Шмелев, Е.И. Мобильная установка для исследования низкочастотных шумов // Е.И. Шмелев, A.B. Клюев, A.B. Якимов // Вестник Нижегородского

университета им. Н.И. Лобачевского. Серия Радиофизика. - 2009. - Вып.5. - С. 81-85.

3. Клюев, А.В. Модификация соотношения А. Ван дер Зила для естественных шумов диодов с коэффициентом неидеальности ВАХ, превышающим единицу / А.В. Клюев, Е.И. Шмелев, А.В. Якимов // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия Радиофизика. - 2009. - Вып. 4. -С.53-56.

4. Klyuev, A.V. Modification of Van der Ziel Relation for Spectrum of Noise in p-n Junction / A.V. Kluev, E.I. Shmelev, A.V. Yakimov // Fluctuation and Noise Letters Vol. 0, No. 0 (принято к печати).

5. Клюев, А.В. Источники фликкерного шума в дельта-легированных кремнием диодах Шоттки / А.В. Клюев, Е.И. Шмелев, А.В. Якимов // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия Радиофизика. -2010. - Вып. 5 (принято к печати).

Прочие публикации:

6. Yakimov, A.V. Effects of natural ageing in 1/f noise and current-voltage characteristics of submicron planar MESFETs // A.V. Yakimov, A.V. Moryashin, S.V. Obolensky, E.I. Shmelev // Proc. 19th International Conference "Noise and Fluctuations, ICNF 2007". Tokyo, Japan, 9-14 September 2007. Ed. by M. Takano, Y. Yamamoto, M. Nakao. AIP Conference Proceedings. - 2007. - Vol. 922. - P. 381386.

7. Shmelev, E.I. Complexes of defects as the source of 1/f noise in GaAs based devices / E.I. Shmelev, A.V. Klyuev, A.V. Yakimov // Proc. 20th International Conference "Noise and Fluctuations, ICNF 2009". Piza, Italy, 14-19 June 2009. AIP Conference Proceedings. - 2009. - Vol.1129. - P.65-68.

8. Klyuev, A.V. Modification of A. Van der Ziel relation for natural noise in diodes with non-ideality factor of I-V characteristic r^ >1 / A.V. Klyuev, E.I. Shmelev, A.V. Yakimov // Proc. 20th International Conference "Noise and Fluctuations, ICNF 2009". Piza, Italy, 14-19 June 2009. AIP Conference Proceedings. - 2009. -Vol.1129.-P. 361-364.

9. Yakimov, A.V. 1/f noise in Si delta-doped Schottky diodes / A.V. Yakimov, A.V. Klyuev, E.I. Shmelev, A.V. Murel, V.I. Shashkin // Proc. 20th International Conference "Noise and Fluctuations, ICNF 2009". Piza, Italy, 14-19 June 2009. AIP Conference Proceedings. - 2009. - Vol.1129. - P. 225-228.

Ю.Шмелев, Е.И. Дефектные комплексы как причина 1/f шума в приборах на основе GaAs // Шмелев Е.И., Якимов А.В. // XII Международный Симпозиум, Нанофизика и наноэлектроника, Н. Новгород. - 2008. - Т.2. - С. 368-369.

11. Шмелев, Е.И. Анизотропно рассеивающие метастабильные дефектные комплексы как причина 1/f шума в приборах на основе GaAs // Шмелев Е.И., Моряшин А. В., Якимов А.В.// Материалы международного научно-методического семинара "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах", МНТОРЭС им. А.С. Попова. - 2007. - С.81-87.

12. Шмелев, Е.И. Разработка мобильной установки для измерения низкочастотных шумов полупроводниковых диодов // Е.И. Шмелев, А.В. Клюев, А.В.

Якимов // Материалы докладов международного научно-методического семинара "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах", МНТОРЭС им. А.С.Попова. - 2009. - С. 101-107.

13.Клюев, A.B. Спектр естественных шумов диодов с коэффициентом неидеальности ВАХ, превышающим единицу // A.B. Клюев, Е.И. Шмелев, A.B. Якимов // Материалы международного научно-методического семинара "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах", МНТОРЭС им. A.C. Попова. - 2009. - С. 140-145.

14.Моряшин, A.B. Фликкерные флуктуации подвижности электронов в GaAs, обусловленные "вращающимися" донорно-акцепторными парами // A.B. Моряшин, Е.И. Шмелев // XII нижегородская сессия молодых ученых. Естественнонаучные дисциплины: Тезисы докладов,- Изд. Гладкова О.В. - 2007. -С.79-80.

15. Клюев, A.B. Исследование токовой зависимости спектра 1/f шумового напряжения низкобарьерных диодов Шоттки с 6-легированием. / A.B. Клюев, Е.И. Шмелев // XIII нижегородская сессия молодых ученых. Естественнонаучные дисциплины: Тезисы докладов,- Изд. Гладкова О.В. - 2008. - С. 76-77.

16. Шмелев, Е.И. Измерение НЧ шума низкобарьерных диодов Шоттки с дельта-легированием // Е.И. Шмелев, A.B. Клюев, Н.С. Скородумова // XIV нижегородская сессия молодых ученых. Естественнонаучные дисциплины: Тезисы докладов.- Изд. Гладкова О.В. - 2009. - С. 23-24.

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение

1 Мультистабильные дефекты как источник фликкерного шума в структурах на основе СаАэ

1.1 Дефекты в кристаллах

1.2 Модель бистабильных дефектов

1.3 Донорно-акцепторные пары как причина М/шума

1.4 Механизм мультистабильности дефектов

1.5 Бистабильные точечные и сложные дефекты как источник фликкерных флуктуаций подвижности и концентрации свободных электронов

1.6 Выводы по первой главе

2 Источники 1//шума в наноразмерных полупроводниковых диодах с барьером Шоттки

2.1 Декомпозиция ВАХ диодов с барьером Шоттки

2.2 Модели формирования И/шума в диодах Шоттки с 5-легированием

2.3 Источники 1 //шума в диодах Шоттки с 5-легированием при малых токах

2.4 Выводы по второй главе

3 Спектр естественного шума диодов и детекторов на базе диодов Шоттки с 5-легированием

3.1 Спектр естественного шума диода при малом токе

3.2 Спектр естественного шума детектора на базе диода Шоттки с 8-легированием

3.3 Выводы по третьей главе

Заключение

Приложения. 1. Описание мобильной установки. 2. Обозначения и сокращения.

Список литературы

Подписано в печать 15.11.2010. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 702.

Отпечатано с готового оригинал-макета в Центре цифровой печати Нижегородского госуниверситета им. Н.И. Лобачевского 603000, Н. Новгород, ул. Б. Покровская, 37

Введение.

1. Мультистабильные дефекты как источник фликкерного шума в структурах на основе ваАв.

1.1. Дефекты в кристаллах.

1.1.1. Точечные дефекты.

1.1.2. Комплексы дефектов.

1.1.3. Мультистабильность дефектов.

1.2. Модель бистабильных дефектов.

1.2.1. Подвижность носителей тока в ваАБ структурах.

1.2.2. Спектр СТП, образованного бистабильным дефектом.

1.2.3. Синтез спектра шума в модели ансамбля СТП.

1.2.4. Высоты потенциальных барьеров ДУС.

1.3. Донорно-акцепторные пары как причина 1//шума.

1.3.1. Анализ вольтамперных характеристик ПТШ.

1.3.2. Исследование спектра шумового напряжения I//шума ПТШ.

1.3.3. Оценка флуктуаций подвижности, обусловленных переключением бистабильных дефектов для ПТШ и ЭП.

1.3.4. Оценка минимальной длины плеча диполя.

1.3.5. Структура донорно-акцепторных пар в СаАэ, легированном Б!.

1.4. Механизм мультистабильности дефектов.

1.4.1. Эффект Яна-Теллера в кристаллических телах.

1.4.2. Механизм пространственной мультистабильности комплексов дефектов.

1.4.3. Механизм зарядовой мультистабильности дефектов.

1.5. Бистабильные точечные и сложные дефекты как источник фликкерных флуктуаций подвижности и концентрации свободных электронов.

1.5.1 Спектральные составляющие фликкерных флуктуаций подвижности и концентрации свободных электронов.

1.5.2. Сравнение спектральных составляющих фликкерных флуктуаций подвижности и концентрации свободных электронов при изменении заряда точечного дефекта.

1.5.3. Сравнение спектра фликкерного шума для ансамбля бистабильных точеных и сложных дефектов.

1.6. Выводы по первой главе.

2. Источники 1 If шума в наноразмерных полупроводниковых диодах с барьером Шоттки.

2.1. Декомпозиция ВАХ диодов с барьером Шоттки.

2.1.1. Структура НБДШ.

2.1.2. Модель диода.

2.1.3. Процедура аппроксимации экспериментальных данных и оценка точности аппроксимации.

2.1.4. Полные ВАХ диода.

2.2. Модели формирования 1 If шума в диодах Шоттки с 5-легированием.

2.2.1. Спектр НЧ шума диодов Шоттки при прямом и обратном смещениях в области малых токов.

2.2.2. Модель тока утечки.

2.2.3. ANS- модель.

2.3. Источники 1 If шума в диодах Шоттки с ö-легированием при малых токах.

2.4. Выводы по второй главе.

3. Спектр естественного шума диодов и детекторов на базе диодов

Шоттки с б-легированием.

3.1. Спектр естественного шума диода при малом токе.

3.1.1. Естественный шум диода при малом токе.

3.1.2. Модификация соотношения Ван Дер Зила.

3.1.3. Экспериментальные результаты.

3.2. Спектр естественного шума детектора на базе диода Шоттки с 5-легированием.

3.2.1. Детектор на базе НБДШ.

3.2.2. Естественные шумы НБДШ в детекторном режиме.

3.2.3. Шумовые параметры детекторов.

3.3. Выводы по третьей главе.

Общая характеристика диссертации

Диссертация посвящена исследованию специфики фликкерного (1 If) и естественного шумов в структурах на основе арсенида галлия. Определение механизмов шумообразования имеет принципиальное значение для решения задачи по разработке прецизионных малошумящих приборов.

Обзор литературы и актуальность темы диссертационной работы

Настоящая работа представляет собой развитие цикла исследований природы низкочастотных шумов полупроводниковых приборов, выполняемых на кафедре бионики и статистической радиофизики Нижегородского госуниверситета. Основные результаты, полученные ранее, обобщены в диссертациях C.B. Макарова [1], М.Ю. Перова [2], A.B. Белякова [3], A.B. Моряшина [4], A.B. Клюева [5].

Флуктуационные явления (шумы) в полупроводниках обусловлены случайным характером происходящих в них различных физических процессов. Так, случайные изменения скорости свободных носителей заряда, вызванные случайным характером процессов их, рассеяния, приводят к флуктуациям их локальной плотности, в результате чего появляются случайные микроскопические диффузионные токи. По этой причине в системе, содержащей свободные носители заряда, существует флуктуирующий ток, равный сумме таких микротоков. При этом на электрических контактах системы возникает флуктуирующее напряжение.

К наиболее часто встречающимся шумам относятся: тепловой, дробовой, генерационно-рекомбинационный шумы, шум, обусловленный флуктуациями температуры, а также фликкерный шум.

Тепловой шум вызывается случайным движением заряда в любом проводнике. Вследствие этого движения на концах проводника возникает флуктуирующая электродвижущая сила ej(f). Этот источник шума присутствует в любом устройстве, имеющем электрическую природу и находящемся в тепловом равновесии с окружающей средой.

Дробовой шум связан с дискретностью тока, представленного потоком заряженных частиц. Здесь шум рассматривается как последовательность независимых случайных событий. Например, в случае испускания электронов термокатодом или фотокатодом эмиссия электронов представляет собой последовательность независимых случайных событий. Следовательно, в эмиссионных токах наблюдается дробовой шум. Для обследованных в работе полупроводниковых структур мощность дробового шума, как правило, на несколько порядков меньше мощности фликкерного шума.

Генерационно-рекомбинационный шум возникает, когда свободные носители генерируются или рекомбинируют в полупроводниковом материале. Акты генерации и рекомбинации могут рассматриваться как последовательности независимых случайно возникающих событий. Возникающие флуктуации концентрации носителей заряда Sri приводят к возникновению флуктуаций сопротивления SR образца.

Шум, обусловленный температурными флуктуациями небольшого тела (источника шума), возникает из-за теплообмена между этим телом и окружающей его средой из-за флуктуаций испускаемого и поглощаемого излучения. Этот процесс можно описать флуктуациями скорости испускания и поглощения квантов малым телом. Существуют и флуктуации теплообмена, поскольку тело должно иметь теплопроводящие элементы (провода, соединения и т.д.), связанные с окружающим пространством. При обтекании источника шума газом (воздухом) или жидкостью возникают также флуктуации конвективного теплообмена. Здесь такие флуктуации не рассматриваются, поскольку они могут быть исключены с использованием соответствующих методов.

Фликкерный шум, иначе называемый шумом эффекта мерцания, а также 1 If шумом, был впервые обнаружен при исследовании дробового шума электронных ламп на низких частотах [6], [7].

Фликкерный шум существенно ограничивает эксплуатационные качества приборов (например, чувствительность и стабильность), требования к которым постоянно повышаются. В связи с этим исследования фликкерного шума в полупроводниках является важной проблемой современной радиофизики.

Фликкерные шумы обусловлены флуктуациями параметров радиоэлементов (например, сопротивления, ёмкости и др.) и могут наблюдаться при наложении на элемент напряжения или при пропускании через него электрического тока. Фликкерный шум характеризуется своей спектральной у плотностью мощности (далее просто спектром), которая пропорциональна 1//, где у - параметр формы спектра. Для многих объектов параметр формы спектра принимает значения около единицы: 0,8 < у < 1,2. Поэтому такой шум часто называют "Mf шумом". Влияние фликкерного шума наиболее существенно на низких частотах.

Исследования фликкерного шума, в том числе измерения его спектра, проводятся более 80 лет, однако природа шума до конца не выявлена [8, 9, 10, 11, 12]. Измерения спектра шума используются для получения информации об его происхождении. На данный момент имеется значительное количество публикаций по исследованиям фликкерного шума различных объектов, выполненных рядом исследователей: Ван дер Зил (A. Van der Ziel) [13, 14, 15], Дю Пре (F.K. Du Pre) [16], A.H. Малахов [7,8, 17], Xoyxe (F.N. Hooge),

Клайнпеннин (T.G.M. Kleinpenning) и Фандамме (L.KJ.Vandamme) [10, 18, 19, 20, 21], Ш.М. Коган [9], Датга (P.Dutta) и Хорн (Р.М.Ногп) [22, 23], Кларк (J. Clarke) и Восс (R.F.Voss) [24], Вейсман (M.B.Weissman) [25], Г.Н. Бочков и Ю.Е. Кузовлев [11], В .П. Паленскис [26], Н.Б. Лукьянчикова [27, 28, 29], Р.З. Бахтизин и С.С. Гоц [30], А.К. Нарышкин и A.C. Врачев [31], Г.П. Жигальский [12, 32-44],

B.В. Потемкин [45], С.А. Корнилов [46], В.Н. Кулешов [47], М.Е Левинштейн и

C.Л. Румянцев [48, 49], А.П. Дмитриев [50], С.Ф. Тимашев [51, 52], Г.А. Леонтьев [53], Муша (Т. Musha) и Ямомото (М. Yamamoto) [54], Хандель (Handel Р.Н.) [55], и др.

Разнообразие свойств фликкерного шума, наблюдающихся в идентичных образцах и в различных системах, не согласуется с положением о фундаментальности 1 If шума. Если бы это явление было фундаментальным, то шум во всех исследуемых объектах имел бы одинаковый механизм возникновения и обладал бы одинаковыми свойствами. В действительности в некоторых структурах обнаружена зависимость шума от условий на поверхности образца [9], в то время как в большинстве структур он обусловлен объемным эффектом [10, 18].

Для объяснения возникновения 1 If шума создано большое количество моделей. В настоящее время фликкерный шум (например, напряжения) связывают с проявлением флуктуаций сопротивления образца R при наложении на образец напряжения или при пропускании через него тока. Поскольку удельное сопротивление р определяется концентрацией п и подвижностью // носителей заряда, согласно терминологии, введенной Хоухе, существует две альтернативные модели объяснения 1 If шума в твердых телах. Первая модель связывает 1 If шум с флуктуациями числа носителей тока (¿n-модель), вторая - с флуктуациями подвижности (¿//-модель), [10].

В твердых телах 1 If шум может быть объяснен с помощью движения дефектов в пространстве кристаллической решетки [9, 25, 56-58]. Связь между \!f шумом и качеством кристаллической решетки в настоящее время хорошо представлена в экспериментах как для металлов [57, 59, 60], так и для полупроводников [61, 62, 72].

В рамках первой модели шум может объясняться изменением концентрации в результате захвата и испускания носителей тока поверхностными ловушками (модель Мак Уортера [63]), ловушками, расположенными в объеме [64], флуктуациями концентрации глубоко-уровневых ловушек в области пространственного заряда (ОПЗ) [65]. Во втором случае (¿//-модель) флуктуации подвижности могут быть вызваны изменением пространственной конфигурации точечных дефектов, не приводящей к изменению их зарядового состояния [58, 66, 67].

На данный момент одной из наиболее распространенных моделей для объяснения 1 If шума в полупроводниках является модель бистабильных дефектов. Данные дефекты формируются, предположительно, бистабильными (в общем случае мультистабильными) дефектами кристаллической решетки образца. Разновидностями такой модели являются модель Когана и Нагаева [68, 69] для случая туннельного перехода частиц, а также модель, связывающая возникновение фликкерного шума с наличием подвижных дефектов в твердом теле [57, 67, 70, 71, 72]. Модель, связывающая возникновение фликкерного шума с наличием подвижных дефектов, развивается в настоящей работе. При этом достоверная информация о природе и специфике источников, вызывающих флуктуации подвижности, в рамках данной модели до сих пор, по-видимому, отсутствует.

Имеется определенное количество экспериментальных данных, которые подтверждают ту точку зрения, что 1// флуктуации сопротивления не связаны с флуктуациями концентрации свободных носителей (флуктуациями числа носителей). Величина термо-э.д.с. в разомкнутой цепи, состоящей из двух образцов, изготовленных из одинакового материала и находящихся при разных температурах, зависит от концентрации носителей и, следовательно, должна реагировать на возможные флуктуации числа носителей. Однако Хоухе и Галл [72] не обнаружили 1// шум у термоэлементов в режиме разомкнутой цепи, а Клайнпеннин [74] не нашел экспериментального подтверждения гипотезы о флуктуации числа носителей при измерениях термо-э.д.с., проведенных на образцах германия с почти собственной проводимостью. Казалось бы, это должно ясно указывать на то, что 1 If шум сопротивления обуславливается не флуктуациями числа носителей тока.

Несмотря на это, гипотеза о флуктуациях числа носителей не может вообще не приниматься во внимание. Некоторые экспериментальные результаты по измерению 1 If шума у различных типов кремниевых резисторов интерпретировались, исходя из флуктуаций числа носителей [75]; измерения по эффекту Холла, проведенные Брофи и Ростокером [76], и также Клайнпеннином [77], свидетельствуют в пользу этой гипотезы.

Модель флуктуаций числа носителей используется Левинштейном и Румянцевым для объяснения НЧ шума в я-GaAs, наблюдаемого в условиях сильного геометрического магнитосопротивления [48], а также при сильном легировании [78]. Авторами приводится обоснование того, что флуктуации подвижности нельзя рассматривать в качестве источников фликкерного шума. При этом ими не учитывается возможность существования анизотропных флуктуаций подвижности, возникающих, в частности, при рассеянии носителей подвижными дефектами, имеющими несимметричную конфигурацию [67].

Одним из вариантов модели флуктуаций числа носителей тока является модель Мак Уортера [63]. Данная модель используется для описания И/ шума в полупроводниковых структурах, где имеется сравнительно большая поверхность раздела полупроводник-окисел [79].

Необходимо отметить, что в настоящее время в научно-технической литературе обсуждается проблема связи И/ шума в полупроводниковых структурах с флуктуациями либо концентрации носителей тока, либо подвижности.

На сегодняшний день при изготовлении полупроводниковых материалов в значительной мере удается контролировать и концентрацию дефектов, и их характер. Имеются различные методы определения качества структуры полупроводникового прибора, например, метод электронного парамагнитного резонанса, метод нестационарной емкостной спектроскопии, метод фотолюминесценции. В частности, с помощью нестационарной емкостной спектроскопии можно получать информацию о концентрации, энергетических уровнях и скоростях захвата на ловушки. Кроме того, этот метод позволяет различать ловушки для основных и неосновных носителей. С разработкой метода ББТ (метод теории функционала плотности) [80, 81] появилась возможность моделирования поведения атомов в кристаллической решетке. Метод ОБТ широко используются для моделирований механизмов диффузии собственных дефектов и примесей, релаксации атомов, окружающих дефект [82]. Все это привело в последнее время к появлению большого количества работ, направленных на выявление нестабильных дефектов в полупроводниковых структурах. Так в [83] приводятся примеры нестабильных дефектов в 81, в [84, 85, 86] - для ОаАв. Но анализа структуры нестабильных дефектов в контексте определения флуктуаций подвижности и, соответственно, связи с фликкерным шумом в известной литературе обнаружено не было.

Таким образом, исследования по выявлению источников, способных приводить к флуктуациям подвижности, и исследования, позволяющие определить соотношение вклада от 8[л- и 8п- составляющих данными источниками в результирующий спектр фликкерного шума, являются актуальными.

По мере того как флуктуационные исследования расширялись и углублялись, становилось очевидным, что их результаты содержат ценную информацию о физических процессах в полупроводниках и полупроводниковых структурах. Поэтому такие исследования открывают дополнительные возможности для изучения процессов, определяющих не только шумовые, но и нешумовые параметры и характеристики полупроводниковых материалов и приборов.

Именно такой подход к роли и значению флуктуационных исследований наиболее полно отражают их актуальность для современной полупроводниковой электроники.

Следует подчеркнуть, что флуктуационные исследования имеют, по крайней мере, три важных достоинства:

- шумовые методы позволяют определять параметры полупроводников по результатам измерений, проводимых в условиях, когда исследуемые объекты не подвергают каким-либо изменяющимся во времени внешним воздействиям;

- такие методы, в сущности, являются дифференциальными и обеспечивают строго линейный режим измерений;

- шумовые методы во многих случаях оказываются гораздо чувствительнее других методов исследования.

В связи с этим, помимо изучения фундаментальных аспектов, касающихся природы И/ шума, отдельный интерес представляет практическое приложение шумового анализа. Одним из направлений, активно развиваемых в последние годы, является использование И/шумового анализа в качестве неразрушающего инструмента диагностики качества структуры полупроводникового прибора. Во фликкерных флуктуациях, по-видимому, находят свое отражение электронные и атомные процессы в веществе, характеризующие особенности микроструктуры твердых тел. Это дает возможность использовать И/ шум для получения информации о качестве и надежности полупроводниковых структур. В частности, на основе исследования статистических свойств \// шума возможно тестирование, контроль качества полупроводниковых приборов и выявление потенциально ненадежных образцов [например, 6, 7, 21].

Процедура расшифровки шумовых исследований осложняется тем, что в процессе измерений получаемые оценки статистических характеристик шума прибора зачастую искажаются из-за влияния внешних электромагнитных помех. Это особенно характерно для нелинейных образцов, обладающих малыми шумами (по сравнению с собственным шумом измерительной установки) и способных детектировать внешние помехи. В этой связи разработка установки, позволяющей осуществлять измерения шумовых характеристик прибора в наиболее благоприятных, с точки зрения внешних помех, условиях, является актуальной проблемой.

В настоящей работе также развивается метод, первоначально описанный в работе [87] и направленный на выявление областей шумообразования в полупроводниковых структурах по анализу токовой зависимости спектра фликкерного шума. Существуют различные модели, описывающие эмпирические зависимости спектра фликкерного шума от величины тока, протекающего через диод. Так, например, в [88, 89] отмечается, что максимизация токовой зависимости фликкерного шума диода с р-п переходом, может быть результатом проявления флуктуаций тока "утечки"; насыщение токовой зависимости связывают с флуктуациями "диффузионного" тока [87].

В диссертации предложено для локализации источников фликкерного шума и выявления его специфики использовать экспериментальные данные не только при прямом, но и при обратном напряжении смещения. В качестве исследуемой структуры в данной работе выступают низкобарьерные диоды Шоттки с 5-легированием (НБДШ), разрабатываемые в Институте физики микроструктур РАН [90-94]. Применение 8-легирования позволяет использовать такие диоды в детекторах терагерцового излучения, работающих без начального смещения.

Исследования в части локализации области шумообразования в полупроводниках, а также выявление источников фликкерного шума (дефектов) направлены на комплексный анализ специфики фликкерного (1//) шума в структурах на основе ваАз.

Кроме У/ шума в работе исследуется также специфика естественных шумов (теплового, дробового) в полупроводниковых структурах.

Естественные шумы проявляются в приборах при малых токах, а также при работе без внешнего постоянного смещения. При исследовании диодных структур за основу была взята теория работы диода с р-п переходом. В соответствии с моделью, предложенной Ван дер Зилом (см., например, [14]), в диоде с р-п переходом существуют естественные шумы, то есть дробовой шум, возникающий при направленном движении носителей тока, и тепловой шум, связанный со случайностью процесса диффузии. Причем тепловой шум преобладает в несмещенном диоде, а дробовой шум — при наличии прямого или обратного напряжения, приложенного к диоду. В работе [5] показано, что подход Ван дер Зила не применим для определения спектра естественных шумов р-п перехода, а также барьера Шоттки, обладающих коэффициентом неидеальности ВАХ, превышающим единицу. В настоящей работе в рамках обоснования результата, полученного в [5], предлагается модификация соотношения Ван дер Зила для спектра естественных шумов диода.

Цели диссертации

Основные цели настоящей работы:

1. Модификация модели У/ шума в С а Аз на основе анализа известных данных об электрофизических параметрах и спектре У/ шума в планарных полевых транзисторах Шоттки и эпитаксиальных пленках.

2. Выявление потенциальных источников У/ шума в структурах на основе ваАв путём исследования строения и механизма мультистабильности существующих точечных дефектов.

3. Сравнительный анализ проявления фликкерных флуктуаций подвижности и концентрации свободных электронов в ОаАэ, вызванных стохастическими изменениями состояния мультистабильных точечных дефектов и сложных дефектов (комплексов).

4. Разработка эквивалентной схемы низкобарьерного диода Шоттки с 5-легированием для конкретизации природы и дифференциации возможных источников фликкерного шума на основе измерения семейства спектров низкочастотного шума при прямом и обратном напряжениях смещения.

5. Модификация соотношения Ван дер Зила для определения спектра естественных шумов диодов с р-п переходом, а также барьером Шоттки, обладающих коэффициентом неидеальности ВАХ, превышающим единицу. Экспериментальная проверка модифицированного соотношения. Уточнение шумовых параметров приборов, использующих подобные полупроводниковые диоды.

Научная новизна

1. Предложено в качестве механизма, приводящего к мультистабильности дефектов, рассматривать влияние эффекта Яна-Теллера, которому подвергаются собственные дефекты и атомы легирующей примеси в полупроводниках. Впервые механизм образования шума связывается с дефектами, подверженными влиянию эффекта Яна-Теллера.

2. Показана способность бистабильных точечных дефектов к генерации фликкерных флуктуаций в подвижности и концентрации свободных электронов. Для наиболее типичных параметров легирования ваАБ кремнием впервые показано доминирование составляющей, вызванной флуктуациями подвижности. Подобный результат свидетельствует в пользу ¿»//-модели 1// шума.

3. Впервые показано, что в ваАв, легированном кремнием, удельный вклад спектральной составляющей фликкерного шума, определяемой бистабильными точечными дефектами с флуктуирующим зарядом, существенно превышает вклад сложных дефектов (комплексов), бистабильность которых проявляется через переориентацию в пространстве.

4. Предложена модифицированная модель, описывающая источники и проявление фликкерного шума в низкобарьерных диодах Шоттки с 5-легированием. Показано, что фликкерные шумы в исследуемых образцах могут быть обусловлены не только флуктуациями эффективного числа атомов донорной примеси в 5-слое перехода Шоттки, но и флуктуациями тока утечки.

5. Модифицировано соотношение Ван дер Зила для определения спектра естественных шумов р-п перехода, а также барьера Шоттки, с коэффициентом неидеальности ВАХ, превышающем единицу. Модифицированное соотношение подтверждено экспериментально.

Краткое содержание диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, двух приложений, а также списка цитируемой литературы.

3.3. Выводы по третьей главе

В главе представлено модифицированное соотношение Ван дер Зила для спектра естественных шумов р-п перехода, а также барьера Шоттки, с коэффициентом неидеальности ВАХ, превышающем единицу, rjD > 1. Предложенная модификация учитывает специфику механизмов токопереноса при r¡D> 1.

Получено выражение для спектра эквивалентного генератора тока, трансформирующееся, в условии термодинамического равновесия с окружающей средой, в формулу Найквиста. На основе измерений НЧ шума

НБДШ с г]0 > 1 в области малых токов экспериментально подтверждена модификация соотношения Ван дер Зила.

Исследовано влияние предложенной модификации соотношения Ван дер Зила на значения шумовых параметров (отношение «сигнал/шум», эквивалентная шумовая мощность) детекторов, работающих без внешнего постоянного смещения.

Заключение

Ниже представлены основные результаты, полученные в данной работе.

1. Для двух типов структур, выполненных на основе СаАэ, эпитаксиальных пленок и планарных субмикронных полевых транзисторов с плоским затвором Шоггки, подтверждено, что диполи, спонтанно изменяющие свою ориентацию в кристаллической решетке, могут являться источником наблюдаемого шума. В рамках ¿/¿-модели фликкерного шума выполнен поиск донорно-акцепторных пар, имеющих дипольный тип рассеяния для электронов в и-ваАз, легированном кремнием. Предложено рассматривать такие донорно-акцепторные пары, как Уса81са> УА581А5, Уса^АБ

2. В качестве механизма, приводящего к появлению мультистабильности дефектов, предложено учесть эффект Яна-Теллера, которому подвергаются собственные дефекты и атомы легирующей примеси в полупроводниках. Выявлена способность сложного дефекта, содержащего вакансию галлия и мелкоуровневый донор кремния (Уса81са)5 выступать в роли пространственного мультистабильного дефекта и БХ-центра в качестве дефекта с зарядовой мультистабильностью. Показано, что данные дефекты способны формировать наблюдаемый спектр фликкерного шума в ОаАэ образцах. Сформулировано предположение, что механизм образования И/ шума связан с дефектами, подверженными влиянию эффекта Яна-Теллера.

3. Для наиболее типичных параметров легирования ваАБ кремнием (в рамках модифицированной модели бистабильных дефектов) показан доминирующий вклад фликкерных флуктуаций подвижности. Подобный результат свидетельствует в пользу ¿/¿-модели И/ шума. Показано, что спектральная составляющая шума, обусловленная бистабильными точечными дефектами с флуктуирующим зарядом, существенно превышает составляющую, обусловленную пространственно бистабильными сложными дефектами (комплексами).

4. Предложена модель низкобарьерного диода Шоттки с 8-легированием, что позволило описать полученные экспериментальные токовые зависимости спектра фликкерного шума при прямом и обратном напряжениях смещения. Показано, что фликкерные шумы в исследуемых образцах могут быть обусловлены не только флуктуациями эффективного числа атомов донорной примеси в 8-слое перехода Шоттки, но и флуктуациями тока утечки.

5. Модифицировано соотношение Ван дер Зила для спектра естественных шумов р-п перехода, а также барьера Шоттки, обладающих коэффициентом неидеальности ВАХ, превышающим единицу. Модифицированное соотношение подтверждено экспериментально. Уточнены значения шумовых параметров (отношение «сигнал/шум», эквивалентная шумовая мощность) полупроводниковых детекторов, работающих без постоянного смещения.

1. Макаров, C.B. Развитие методов выявления негауссовости 1/f шума для исследования его природы: Дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.03 / C.B. Макаров. Н. Новгород, 2001. - 150 с.

2. Перов, М.Ю. Развитие методов анализа 1/f шума полупроводниковых наноразмерных структур: Дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.03 / М.Ю. Перов. Н. Новгород, 2003. - 134 с.

3. Беляков, A.B. Исследование низкочастотных шумов светоизлучающих структур с целью диагностики их физических свойств: Дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.03 / A.B. Беляков. -Н. Новгород, 2005. 144 с.

4. Моряшин A.B. Уточнение природы 1// шума на основании исследования естественного старения субмикронных планарных GaAs полевых транзисторов с затвором Шотки // Дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.03/ A.B. Моряшин. Н. Новгород, 2007. - 91 с.

5. Клюев A.B. Источники низкочастотных шумов в квантово-размерных светоизлучающих структурах и диодах Шотгки с дельта-легированием // Дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.03, Н. Новгород, 2008. 158 с.

6. Johnson, J.B. The Schottky effect in low frequency circuits / J.B. Johnson // Phys. Rev. 1925. - Vol. 26. - № 71.

7. Малахов, A.H. Флуктуации в автоколебательных системах / А. H. Малахов. M.: Наука, 1968. - 660 с.

8. Малахов, А.Н. К вопросу о спектре фликкер-шума / А.Н. Малахов // Радиотехника и электроника. 1959. - Т. 4. - № 1. - С. 54.

9. Коган, Ш.М. Низкочастотный токовый шум со спектром 1/f в твердых телах / Ш.М. Коган // УФН. 1985. - Т. 145. - № 2. - С. 285 - 328.

10. Hooge, F.N. Experimental studies on 1/f noise / F.N. Hooge, T.G.M. Kleinpenning, L.K.J. Vandamme // Reports on progress in Physics. 1981. - Vol. 4. -№5.-P. 479-532.

11. Бочков, Г.Н. О некоторых вероятностных характеристиках 1/f шума / Г.Н. Бочков, Ю.Е. Кузовлев // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1984. - Т. 27. -№ 9. - С. 1151-1157.

12. Жигальский, Г.П. Шум вида 1/f и нелинейные эффекты в тонких металлических пленках / Г.П. Жигальский // УФН. -1997. Т. 167, № 6. - С. 623648.

13. Van der Ziel, A. On the noise spectra of semi-conductor noise and of flicker effect / A. Van der Ziel // Physica. 1950. - Vol. 16. - № 4. - P. 359 - 372.

14. Ван дер Зил, А. Шумы в полупроводниковых приборах и лазерах / А. Ван дер Зил // Пер. с англ. ТИИЭР. - 1970. - Т. 58. - № 8. - С. 5 - 34.

15. Ван дер Зил, А. Единое представление шумов типа 1/f в электронных приборах: Фундаментальные источники / А. Ван дер Зил // Пер. с англ. -ТИИЭР. 1988. - Т. 76. - № 3. - С. 5 - 34.

16. Du Pre, F. К. A suggestion regarding the spectral density of flicker noise / F.K. Du Pre // Physical Review. 1950. - Vol. 78. - № 5, - P. 615.

17. Малахов, A.H. К вопросу о природе фликкерных флуктуаций / А.Н. Малахов, А.В. Якимов // Радиотехника и электроника. 1974. - Т. 19. - № 11.-С. 2436-2438.

18. Hooge, F.N. The relation between 1/f noise and number of electrons / F.N. Hooge // Physica B. 1990. - Vol. 162. - P. 344 - 352.

19. Kleinpenning, T.G.M. 1/f noise in p-n diodes / T.G.M. Kleinpenning // Physica. 1980. - Vol. 98 B+C, no. 4, - P. 289 - 299.

20. Van Kemenade, A.J. 1/f noise in the extinction coefficient of an optical fibre / A.J. van Kemenade, P. Herve, L.K.J. Vandamme // Electronic Letters. 1994. -Vol. 30. -№ 16. - P. 1338 - 1339.

21. Vandamme, L.K.J. Noise as a diagnostic tool for quality and reliabiliry of electron devices / L.K.J. Vandamme // IEEE Trans. Electron Devices. 1994. -Vol.41.-№11. -P.2176-2187.

22. Dutta, P. Low-frequency fluctuations in solids: 1/f noise / P. Dutta, P.M. Horn // Reviews of Modern Physics. 1981. - Vol. 53. - № 3. - P. 497 - 516.

23. Dutta, P. Energy scales for noise processes in metals / P. Dutta, P. Dimon, P. M. Horn //Phys. Rev. Lett. 1979. - Vol. 43. - № 9. - P. 646 - 649.

24. Voss, R.F. Fliker 1/f noise: Equilibrium temperature and resistance fluctuations / R.F. Voss, J. Clarke // Phys. Rev. 1976. - Vol. В13. - №.2. - P. 556 -573.

25. Weissman, M.B. 1/f noise and other slow, nonexponential kinetics in condensed matter / M.B. Weissman //Rev. Mod. Phys. 1988, Vol. 60. - № 2. - P. 537-571.

26. Паленскис, В.П. К вопросу о природе 1/f шума в линейных резисторах и р-n переходах / В.П. Паленскис, Г.Е. Леонтьев, Г.С. Миколайтис // Радиотехника и электроника. 1976. - Т.21. - №11. - С. 2433-2434.

27. Лукьянчикова, Н.Б. Физические основы электрофлуктуационной диагностики надежности и срока службы полупроводниковых приборов / Н.Б. Лукьянчикова // Электронная промышленность. 1983. - №6. - С. 28-35.

28. Лукьянчикова, Н.Б. Низкочастотный шум в полупроводниковых диодах / Н.Б. Лукьянчикова // Литовский физический сборник. 1984. - Т.24. -№1.-С. 51-67.

29. Лукьянчикова, Н.Б. Флуктуационные явления в полупроводниках и полупроводниковых приборах. / Н.Б. Лукьянчикова // М.: «Радио и связь». 1990, - 296 с.

30. Бахтизин, Р.З. Фликкер-шум в полупроводниковых автокатодах / Р.З. Бахтизин, С. С. Гоц // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1981. - Т.24. - № 10. -С. 1276-1281.

31. Нарышкин, А.К. Теория низкочастотных шумов / А.К. Нарышкин, A.C. Врачев. -М.: Энергия, 1972. 153 с.

32. Жигальский, Г.П. Исследование зависимости шума 1/f в тонких металлических пленках от внутренних механических напряжений / Г.П. Жигальский, Ю.Е. Соков, Н.Г. Томсон // Радиотехника и электроника. 1979. -Т.24. -№ 2. -С. 410-412.

33. Жигальский, Г.П. Влияние структурных факторов на фликкерный шум в мелкодисперсных пленках хрома / Г.П. Жигальский, A.B. Карев, И.Ш. Сиранашвили и др. // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1990. - Т.ЗЗ, № 10. - С. 1181-1184.

34. Жигальский, Г.П. Взаимосвязь 1/f шума и эффектов нелинейности в металлических пленках / Г.П. Жигальский // Письма в ЖЭТФ. 1991. - Т.54. -№.9.-С. 510-513.

35. Жигальский, Г.П. Исследование фликкерного шума в тонкопленочных резисторах на основе пленок тантала / Г.П. Жигальский, A.B. Карев, В.Е. Косенко // Электронная техника. Серия 6, Материалы. 1992. -№ 1(148). -С.70-73.

36. Potemkin, V.V. 1/f noise in thin metal films: The role of steady and mobile defects/ V.V. Potemkin, A.V. Stepanov, G.P. Zhigal'skii // Proceedings of the International Conference on Noise in Physical Systems and 1/f Fluctuations. AIP. -1993.- P. 61-64.

37. Жигальский, Г.П. Шум вида 1/f, обусловленный равновесными флуктуациями в металлических пленках/ Г.П. Жигальский, A.C. Федоров // Известия Вузов. Радиофизика. 1994. -Т.37. -№ 2. - С. 161-182.

38. Жигальский, Г.П. Неравновесный фликкер-шум в тонкопленочных резисторах на основе тантала / Г.П. Жигальский, A.B. Карев // Радиотехника и электроника. 1999. - Т. 44. - № 2. - С. 220-224.

39. Zhigal'skii, G.P. Non-equilibrium 1/f noise in metal and alloy films. / G.P. Zhigal'skii, B.K. Jones // Proc. of 15-th Intern. Confer. ICNF-99 (Hong Kong). -1999.-P. 172-175.

40. Жигальский, Г.П. Неравновесный l/f-шум в проводящих пленках и контактах / Г.П. Жигальский // УФН -2003. Т. 173. - № 5. - С. 465-490.

41. Потемкин, В.В. Проявление нулевых колебаний решетки в температурной зависимости 1/f шума металлов / В.В. Потемкин, М.Е. Герценштейн, И.С. Бакши // Известия ВУЗов. Физика. 1983. - Т.26. - № 4. - С. 114-115.

42. Корнилов, С.А. Фликкерные флуктуации колебаний генераторов на лавинно-пролетных диодах / С.А. Корнилов, К.Д. Овчинников, В.М. Павлов // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1985. - Т.28. - № 6. - С. 725-730.

43. Кулешов, В.Н. Фликкер-шум в транзисторах и флуктуации амплитуды и фазы в высокочастотных усилителях / В.Н. Кулешов, И.П. Бережняк // Радиотехника и электроника. 1980. - Т.25. - № 11. - С. 2393-2399.

44. Левинштейн, М.Е. Шум 1/f в условиях сильного геометрического магнитосопротивления / М.Е. Левинштейн, С.Л. Румянцев // Физика и техника полупроводников. 1983.-Т. 17.-№10.-С. 1830-1834.

45. Levinshtein, М. Е. Nature of the volume 1/f noise in the main materials of semiconductor electronics: Si, GaAs, and SiC / M.E. Levinshtein // Physica Scripta. 1997. - Vol. T69. - P.79-84.

46. Dmitriev, A.P. A model of the 1/f noise in a forward-biased p-n diode / A.P. Dmitriev, M.E. Levinshtein, E.N. Kolesnikova, J.W. Palmour, M.K. Das, B.A. Hull// Semicond. Sci. Technol. -2008. Vol.23. -№1. - P. 1-5.

47. Timashev, S.F. Review of flicker-noise spectroscopy in electrochemistry / S.F. Timashev, Yu.S. Polyakov // FNL. World Scientific. - 2007. - Vol.7. - №2. -P.15-47.

48. Leontjev, G. Surface and bulk 1/f noise in silicon bipolar transistors / G. Leontjev // Proceedings of the 12 International Conference on Noise in Physical Systems and 1/f Fluctuations ICNF -1993. AIP. - 1993. - P. 268 - 271.

49. Musha, T. 1/f-like fluctuations of biological rhythm / T. Musha, M. Yamamoto // Proc. 13th Int. Conf. on Noise in Physical Systems and 1/f Fluctuations.-Singapore:World Scientific. 1995. -P.22-31.

50. Handel, P.H. Quantum 1/f Noise, a New Aspect of Quantum Physics in

51. Hi-Tech Devices, Sensors, Nanostructures and Systems / P.H. Handel, A.M. Truong,th

52. T.F. George, H. Morkoc // ICNF-2007. 19 international conference on Noise and Fluctuations, edited by M.Tacano, Yo. Yamamoto, M. Nakao, AIP Conference Proceedings, Japan, Tokyo, 2007. - Vol. 922. - P. 425-430.

53. Pelz, J. Dependence of 1/f noise on defects induced in copper films by electron irradiation / J. Pelz, J. Clark // Phys. Rev. Lett. 1985. - Vol. 55. -P.738-741.

54. Orlov, V.B. A further interpretation of Hooge's 1/f noise formula / V. B. Orlov, A. V. Yakimov//PhysicaB. 1990. - V.162. -P.13-20.

55. Якимов, A.B. Могут ли подвижные дефекты вызвать 1/f шум в полупроводнике? / А.В. Якимов // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1999. - Т.42. - №6. - С.594-600.

56. Fleetwood, D.M. Direct link between 1/f noise and defects in metal films /D.M. Fleetwood, N. Giordano // Phys. Rev. B. 1985. -Vol.31. -P.l 157-1160.

57. Zimmerman, N.M. Microscopic scatterer displacements generate the 1/f resistance noise of H in Pd / N.M. Zimmerman, W.W. Webb // Phys. Rev. Lett. -1988.-Vol.61.-P.889-892.

58. Vandamme, L.K.J. Annealing of ion-implanted resistors reduces the 1/f noise / L.K.J. Vandamme, S. Oosterhof// J. Appl. Phys. 1986. - Vol.59. - P.3169-3274.

59. Clevers, R.H.M. 1/f noise in ion-implanted resistors between 77 and 300 К / R.H.M. Clevers // J. Appl. Phys. 1987. - Vol.62 - P. 1877-1881.

60. Мак Уортер, А. в кн. Физика поверхности полупроводников (пер. с англ. Под ред. Г.Е. Пикуса) / А. Мак Уортер. М.: ИЛ., 1959. -263 с.

61. Van der Ziel, A. Noise, Sources, Characterization Measurement / A. Van der Ziel // Prentice-Hall, New Jersey. 1970, Chap. 1.

62. Sah, C.T. Theory of low-frequency generation noise in junction-gate field-effect transistors / C.T. Sah // Proc. IEEE. 1964. - Vol. 52. - P.795 - 814.

63. Hooge, F.N. 1 If noise is no surface effect / F.N. Hooge // Phys. Lett. A. -1969.-Vol. 29.-P. 139.

64. Орлов, В.Б. Анизотропные флуктуации подвижности тока и 1 If -шум магнитосопротивления в полупроводниках /В.Б. Орлов, А.В. Якимов // Физика и техника полупроводников. 1989. -Т.23. -№8. - С. 1341-1344.

65. Коган, Ш.М. Низкочастотный токовый шум в твердых телах и внутреннее трение / Ш.М. Коган, К.Э. Нагаев // Физика твердого тела. 1982. -Т.24.-№ И. -С. 3381-3388.

66. Коган, Ш.М. Шум в туннельных переходах, вызываемый двухуровневыми системами в диэлектрической прослойке / Коган Ш.М., Нагаев К.Э. // Письма в ЖТФ. 1984. - Т.10. - № 5. - С. 313-316.

67. Якимов, А.В. Проблема обоснования спектра вида 1 If в термоактивационных моделях фликкерного шума / А.В. Якимов // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1985. -Т.28. -№8. -С.1071-1073.

68. Орлов, В. Б. Диффузия примесей и фликкерные флуктуации подвижности носителей тока в полупроводниках / В.Б. Орлов, А.В. Якимов // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1984. - Т. 27. -№12. - С.1584 - 1589.

69. Chen, X.Y. Annealing of proton-damaged GaAs and 1/f noise / X.Y. Chen, Folter L.C. // Semicond. Sci. Technol. 1997. - Vol.12. - P. 1195-1201.

70. Hooge, F.N. Experimental study of 1/f noise in thermo E.M.F. / F.N. Hooge, J.L.M. Gaal // Phillips Res. Rep. -1971. Vol. 26. - P. 345- 358.

71. Kleinpenning, T.G.M. 1/f noise in the thermo e.m.f. of intrinsic and extrinsic semiconductors / T.G.M. Kleinpenning // Physica. -1974. -Vol. 77. P. 7898.

72. Jones, B.K. Excess conductance noise in silicon resistors / B.K. Jones // tb

73. Proc. 6 Int. Conf. On Noise in Physical Systems held at the National Bureau of Standards, Gaithersburg, MD, USA, April 6-10. 1981. - P. 206-209.

74. Brophy, J.J. Low-frequency variance noise / J.J. Brophy // J. Appl. Phys. -1970.-Vol. 41.-P. 1697-1701.

75. Kleinpenning, T.G.M. 1/f noise in Hall effect: fluctuations in mobility / T.G.M. Kleinpenning // J. Appl. Phys. -1980. Vol. 51. - P. 3438.

76. Дьяконова, H.B. Шум 1/f в сильно легированном n-GaAs в условиях зона-зонной подсветки / Н.В. Дьяконова, М.Е Левинштейн, F. Pascal, С.Л. Румянцев // Физика и техника полупроводников. -1997. Т.31. -№7. - С.858-863.

77. Букингем, М. Шумы в электронных приборах и системах / М. Букингем. М.: Мир, 1986, - 399 с.

78. Кон, В. Электронная структура вещества волновые функции и функционалы плотности / В. Кон //УФН. - 2002. - Т.172. - №3. - С. 336-348.

79. Drabold, D.A. Theory of Defects in Semiconductors / D.A. Drabold, S.K. Estreicher. -2007. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. - 296 p.

80. Malouin, M-A. Gallium self-interstitial relaxation in GaAs: An ab initio characterization / M-A. Malouin, F. El-Mellouhi, N. Mousseau // Phys. Rev. B. -2007.-Vol.76.-P.045211.

81. Suski, T. Metastable donors in GaAs / T. Suski, M. Ba // Physica Scripta. 1991. - Vol.39. -P.250-257.

82. El-Mellouhi, F. Self-vacancies in gallium arsenide: an ab initio calculation / F. El-Mellouhi, N. Mousseau // Phys. Rev. B. 2005. - Vol. 71. -P. 125207-125229.

83. Малахов, A.H. Флуктуации сопротивления полупроводниковых детекторов / A.H. Малахов // Радиотехника и электроника. 1958. - Т.З. - №4. -С. 547-551.

84. Якимов, А.В. Фликкерные шумы токов утечки в полупроводниковых диодах / А.В. Якимов // Известия ВУЗов. Радиофизика. -1984. -Т.27. — №1. С. 120-123.

85. Климов, А.Э. Избыточные шумы в диодах на основе PbixSnxTe и их связь с вольтамперными характеристиками / А.Э. Климов, И.Г. Неизвестный, В.Н. Шумской // Физика и техника полупроводников. 1983. - Т. 17. - №10. - С. 1766-1770.

86. Шашкин, В.И. Диагностика низкобарьерных диодов Шоттки с приповерхностным 8-легированием / В.И. Шашкин, А.В. Мурель // Физика и техника полупроводников. 2008. - Т 42, вып. 4. - С. 500 - 502.

87. Шашкин, В.И. Теория туннельного токопереноса в контактах металл полупроводник с приповерхностным изотипным 8-легированием / В.И. Шашкин, А.В. Мурель // Физика и техника полупроводников. - 2004. - Т. 38. -№. 5. - С. 574 - 579.

88. Востоков, Н.В. Электрические свойства наноконтактов металл -полупроводник / Н.В. Востоков, В.И. Шашкин // Физика и техника полупроводников. -2004. Т. 38. -№9. - С. 1084 - 1089.

89. Моряшин А.В., Донорно-акцепторные пары как причина 1//шума в приборах на основе GaAs // А.В. Моряшин, Е.И. Шмелев, А.В. Якимов // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия Радиофизика. 2007. - Вып. 1. - С.78-82.

90. Шмелев Е.И. Мобильная установка для исследования низкочастотных шумов // Е.И. Шмелев, А.В. Клюев, А.В. Якимов // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия Радиофизика. -2009. Вып.5. - С. 81-85.

91. Klyuev, A.V. Modification of Van der Ziel Relation for Spectrum of Noise in p-n Junction / A.V. Kluev, E.I. Shmelev, A.V. Yakimov // Fluctuation and Noise Letters Vol. 0, No. 0 (принято к печати).

92. Клюев А.В. Источники фликкерного шума в дельта-легированных кремнием диодах Шоттки / А.В. Клюев, Е.И. Шмелев, А.В. Якимов // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия Радиофизика.2010. Вып. 5 (принято к печати).

93. Шмелев, Е.И. Дефектные комплексы как причина 1/f шума в приборах на основе GaAs // Шмелев Е.И., Якимов A.B. // XII Международный Симпозиум, Нанофизика и наноэлектроника, Н. Новгород. 2008. - Т.2. - С. 368-369.

94. Ю, П. Основы физики полупроводников / П. Ю., М. Кардона. -М.:Физматлит, 2002. 560с.

95. Лано, М. Точечные дефекты в полупроводниках. Теория / М. Лано, Ж. Бургуэн М.: Мир, 1984. - 264 с.

96. Бургуэн, Ж. Точечные дефекты в полупроводниках. Экспериментальные аспекты / Ж. Бургуэн, М. Лано. М.: Мир, 1985. - 304 с.

97. Фистуль, В.И. Введение в физику полупроводников / В.И. Фистуль. М.: Высш. шк., 1984. - 352 с.

98. Chantre, A. Introduction to defect bistability / A. Chantre // Appl. Phys. A.-1989.-Vol.48.-P.3-9.

99. Seebauer, E.G. Charged semiconductor defects: structure, thermodynamics and diffusion / E.G. Seebauer, M.C. Kratzer. Springer, 2008. -294p.

100. Бонч-Бруевич, В. Л. Физика полупроводников / В. Л. Бонч-Бруевич, С. Г. Калашников. М.: Наука, 1990. - 685 с.

101. Зеегер, К. Физика полупроводников / К. Зеегер. М.: Мир, 1977.615 с.

102. Conwell, Е. Theory of impurity scattering in semiconductors / E. Conwell, F. Weisscopf// Phys. Rev. 1950. - Vol.77. - P.388.

103. Reiss, H Chemical interactions among defects in germanium and silicon / H, Reiss H., C.S. Fuller, F. Morin // J. Bell. Syst. Techn. J. 1956. - Vol.35. -P.535-636.

104. Самойлович, А. Г. К вопросу о рассеивании на диполях / А.Г. Самойлович, М.В. Ницович // Физика твердого тела. 1963. - Т.5. - №10. -Р.2981-2984.

105. Boardman, A.D. The theory of dipole scattering in semiconductors / A.D. Boardman//Proc. Phys. Soc. 1965. - Vol.85. -P.141-148.

106. Левин, Б.Р. Теоретические основы радиотехники / Б.Р. Левин. М.: Сов. радио, 1969. - Кн. 1, гл. И.

107. Machlup, S. Spectrum of two-parameter random signal / S. Machlup // J. of Applied Physics. 1954. - Vol. 25. - №3. - P.341-343.

108. Стрельченко, C.C. Соединения A3B5. / С.С. Стрельченко, В.В. Лебедев. // Справ, изд. М.: Металлургия, 1984. - 144с.

109. Шур, М. Современные приборы на основе арсенида галлия / М. Шур.-М.: Мир, 1991.-632 с.

110. Orlov, V.B. 1/f noise in Corbino disk: anisotropic mobility fluctuations / V.B. Orlov, A.V. Yakimov // Solid-State Electronics. 1990. - Vol. 33. - P.21-25.

111. Song, M.-H. Influence of magnetic field on 1/f noise in GaAs Corbino disks / M.-H. Song, H.S. Min // J. of Applied Physics. 1985. Vol.58. - №11. - P. 4221-4224.

112. Chen, X.Y. Annealing of proton irradiated GaAs reduces the 1/f noise / X.Y. Chen, V. Aninkevicius // Proc. 7th Vilnius Conf. Fluctuation Phenomena in Physical System, Vilnius University Press. 1994. -P.260-265.

113. Yakimov, A.V. A simple test of the Gaussian character of noise / A.V. Yakimov, F.N. Hooge // Physica B. 2000. - Vol. 291. - P.97-104.

114. Bersucer, I.B. The Jahn-Teller effect / I.B. Bersucer. Cambridge: Cambridge University Press, 2006. - 632p.

115. Stavolta, M. Identification of defects in semiconductors. Part 2. / M. Stavolta. USA: Academic Press, - 1998 - 434p.

116. Аверкиев, H.C. Изменение энергии ян-теллеровских конфигураций комплексов вакансия-донор под влиянием внешней одноосной дефформации /

117. H.С. Аверкиев, А.А. Гуткин, М.А. Рещиков // Физика и техника полупроводников.- 1999.-Т. 33.-№ 11.-С. 1323-1329.

118. Anderson, P.W. Model for the electronic structure of amorphous semiconductors / P.W. Anderson // Phys. Rev. Lett. 1975. - Vol.34. - P.953-955.

119. Zhang, S.B. Cation antisite defects and antisite-interstitial complexes in gallium arsenide / S.B. Zhang, D.J. Chadi // Phys. Rev. Lett. 1990. - Vol.64. -P. 1789-1792.

120. Adachi, S. Properties of Aluminium Gallium Arsenide / S. Adachi. -Institution of Electrical Engineers: INSPEC, 1993. 325p.

121. Dupasquier, A. Positron spectroscopy of solids / A. Dupasquier, A.P. Mills. IOS Press, 1993. - 780p.

122. Wall, E.L. Edge injection currents and their effects on 1/f noise in planar Schottky diodes / E.L. Wall // Solid-State Electronics. 1976. - Vol.19. - №5. - P. 389-396.

123. Головко, А.Г. l/f-шумы в барьерных слоях / А.Г. Головко // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1978.-Т.21.-№ 10.-С. 1531-1534.

124. Smullin, К. D. Noise in Electron Devices / К. D. Smullin, A. Haus. -Cambridge: MA, MIT Press, 1959.

125. Ван дер Зил, А. Шумы в полупроводниковых приборах и лазерах / А. Ван дер Зил // Пер. с англ. ТИИЭР. - 1970. - Т. 58. - № 8. - С. 5 - 34.

126. Hubi'k, P. Deep levels in GaAs due to Si 5 doping / P. Hubi'k, J. Krisvtofik, J. J. Mares" J. Maly', E. Hulicius, J. Pangra'c // J. of Applied Physics. -2000. Vol.88. -№11.- P.6488-6494.

127. Nyquist, H. Thermal agitation of electric charge in conductors / H. Nyquist//Physical Review. 1928.-Vol.32.-P. 110-113.

128. Sah, С. T. Carrier generation and recombination in p-n junctions and p-n junction characteristics / С. T. Sah, R. N. Noyce, W. Shockley // Proceedings of IRE. -1957. Vol. 45. -№ 9. - P. 1228-1243.

129. Gupta, M. S. Thermal fluctuations in driven nonlinear resistive systems / M. S. Gupta // Physical Review A. 1978. - Vol. 18. - №6. - P.2725-2731.

130. Su, N. Temperature dependence of high frequency and noise performance of Sb-heterostructure millimeter-wave detectors / N. Su, Z. Zhang, J.N. Schulman, P. Fay // IEEE Electron Device Letters. 2007. - Vol. 28. - № 5. - P.336-339.

131. Ван дер Зил, А. Шумы при измерениях / А. Ван дер Зил // Пер. с англ. Издательство МИР, 1979. - 293 с.

132. Spieler, Н. Semiconductor Detector Systems / Н. Spieler. Oxford University Press, 2005. - 506p.

133. Якимов, А. В. Физические модели и анализ флуктуаций и шумов в трердотельных генераторных системах СВЧ: Дис. докт. физ.-мат. наук: 01.04.03 / А. В. Якимов. Горький, 1986. - 362 с.

134. Корнилов С.А., Фликкерный шум СВЧ детекторов а диодах с барьером Шоттки / Корнилов С.А., Лосев В.Л., Мещеряков A.B. // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1979. - Т.22. - №11. - С. 1392-1400.

135. В. М. Малышев Низкочастотный шум в диодах Шоттки в статическом и детекторном режимах / В. М. Малышев, В.Г. Усученко // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1989. - Т.32. - №5. - С.632-641.

136. Шашкин, В.И. Нелинейные транспортные эффекты в селективнолегированных гетероэпитаксиальных микроструктурах металл-полупроводник: Автореферат дис. докт. физ.-мат. наук: 01.04.10 / В.И. Шашкин. Н. Новгород, 2009. - 39 с.

137. Сайт производителя Low Noise Preamplifier 5113 и Ultra Low Noise Preamplifier 5184 Электронный ресурс. URL: http://www.signalrecovery.com (дата обращения 10.12.2009).

138. Сайт производителя модулей N1-9239 и N1 cDAQ-9172 Электронный ресурс. URL: http://www.ni.com (дата обращения 10.12.2009).