Нелинейные транспортные эффекты в селективно легированных гетероэпитаксиальных микроструктурах металл-полупроводник тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

Шашкин Владимир Иванович

НЕЛИНЕЙНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СЕЛЕКТИВНО ЛЕГИРОВАННЫХ ГЕТЕРОЭПИТАКСИАЛЬНЫХ МИКРОСТРУКТУРАХ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК

01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Нижний Новгород -

0034 76412

003476412

Работа выполнена в учреждении Российской академии наук Институте физики микроструктур РАН

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

чл.-корр. РАН, профессор Д.Р. Хохлов

Защита состоится 23 сентября 2009 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.166.01 при Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского (603950, г. Нижний Новгород, проспект Гагарина, 23).

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

Автореферат разослан 17 августа 2009 г.

доктор физико-математических наук, С.В. Иванов

доктор физико-математических наук,

профессор

Д.А. Павлов

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт радиотехники и электроники РАН (ФрЛ-^ии,екни

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор Г\

А.И. Машин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В последние десятилетия происходило стремительное развитие физики и технологии полупроводниковых гетероструктур, что привело к заметному обогащению полупроводниковой электроники идеями и возможностью создавать искусственные микро- и наноструктуры с необходимыми свойствами. Не вызывает сомнений продуктивность идеи использования искусственного наномасштабного потенциала, воздействующего на свободные носители заряда (или другие квазичастицы) в полупроводниках и ограничивающего их движение в одном или нескольких направлениях. Возникли новые термины для наноструктур различной размерности: квантовые ямы, нити и точки. Результаты фундаментальных и прикладных исследований в этой области оказались столь значительны, что привели к формированию новых научных направлений, таких как физика полупроводниковых микроструктур, нанофизика и наноэлектроника.

Когда речь идёт о микроструктурах с характерными масштабами потенциала <10 нм, неизбежно возникает ряд важных, взаимосвязанных задач, которые требуют решения. Это - развитие эпитаксиаль-ной технологии роста гетероструктур со слоями нанометровой толщины, разработка способов контроля их параметров, построение теоретических моделей и постановка экспериментов для обнаружения новых физических явлений.

В данной работе проведено подобное исследование для двух типов структур: массивов металлических нанокластеров, встроенных в полупроводниковую матрицу, и планарных туннельных контактов металл - полупроводниковая микроструктура. Весьма активно изучается прототип первого объекта - ОаАв с нанокластерами Аэ или полуметаллическими наночастицами ЕгАв, который используют как сверхбыстрый фотопроводник в оптических системах генерации те-рагерцового излучения [1,2]. Большой интерес вызывают объекты второго типа, например, на основе сложной гетероструктуры 1пА8ЛЗа8Ь/АЮа8Ь/А18Ь/1пА5 с межзонным туннелированием [3,4]. Актуальность исследований обусловлена тем, что в транспортных процессах в этих структурах важную роль играет туннелирование, определяющее сильную нелинейность вольт-амперных характеристик (ВАХ). Не менее важно то, что можно одновременно управлять токовыми и емкостными характеристиками структур. Можно увели-

чить на много порядков плотность тока, сохраняя сильную нелинейность В АХ и малую удельную ёмкость контактов. Совокупность этих характеристик, вместе с малой инерционностью установления туннельного тока востребована в задачах детектирования, преобразования и умножения частот сигналов в суб- и терагерцовом диапазонах частот [5].

Объектом исследования

в данной работе являются селективно легированные гетероэпитакси-альные микро- и наноструктуры металл-полупроводник (МП) на основе соединений А1-1п-Оа-Аз-М.

Предметом исследования являются нелинейные транспортные явления при эмиссии, туннели-ровании и инжекции электронов в гетероэпитаксиальных микро- и наноструктурах металл-полупроводник.

Цель диссертационной работы состояла:

в развитии технологии металлоорганической газофазной эпитак-сии (МОГФЭ), обеспечивающей получение атомарно резких профилей состава и легирования в гетероструктурах А3В5 на основе соединений А1-1п-Оа-Ы-А5 и осаждение на ростовую поверхность металла;

в разработке методик формирования в условиях МОГФЭ многослойных массивов металлических нанокластеров, встроенных в монокристаллическую полупроводниковую матрицу;

в экспериментальных исследованиях и построении физических моделей для полупроводниковых наноструктур с металлическими нанокластерами;

в экспериментальных и теоретических исследованиях туннельных, эмиссионных и инжекционных транспортных явлений в селективно легированных микроструктурах МП;

в разработке и изготовлении на основе селективно легированных микроструктур МП низкобарьерных диодов, обеспечивающих высокую чувствительность при приёме излучения миллиметрового диапазона длин волн.

Научная новизна

1. На основе вольт-фарадных (СУ) измерений в процессе электрохимического травления разработан метод восстановления профиля легирования полупроводников непосредственно от поверх-

ности и с высоким пространственным разрешением на масштабах, меньших радиуса дебаевского экранирования.

2. Показано, что при пиролизе металлорганических соединений А1 и лазерном распылении Мо и№в реакторе МОГФЭ на атомарно чистой поверхности ваАв на начальных стадиях происходит формирование металлических нанокластеров с размерами ~10 нм, после чего возможно возобновление эпитаксиального роста ваАБ. При многократном повторении процессов получены многослойные нанокластерные структуры.

3. Получено аналитическое решение задачи о поперечном инжек-ционном токе в нелегированном полупроводниковом слое с любой комбинацией контактов: с металлом, с легированным полупроводником или с гетерослоем, ограничивающим инжекцию.

4. С использованием техники 5-легирования и осаждения А1 в реакторе МОГФЭ показана возможность снижения эффективной высоты барьера контакта А1/п-СаАз в пределах от 0,7 до 0 эВ.

5. На основе микроструктур МП с пониженной эффективной высотой барьера изготовлены планарные диоды, которые обеспечивают высокочувствительное детектирование и эффективное преобразование сигналов миллиметрового диапазона длин волн.

Практическая значимость

1. На основе комплексного подхода, объединяющего эпитаксиаль-ную (вертикальную) и микроэлектронную (планарную) технологии формирования микроструктур, разработаны и изготовлены мембранные планарные диоды Шоттки с субмикронными размерами анода, обеспечивающие эффективное преобразование частот в субтерагерцовом диапазоне (0,1-И ТГц).

2. Разработаны и изготовлены уникальные низкобарьерные диоды для детектирования без постоянного тока смещения и эффективного смешения сигналов при пониженной мощности гетеродина. Измеренные характеристики превосходят или соответствуют лучшим из известных аналогов. В частности, для планарного детектора на 94 ГГц величина вольт-ваттной чувствительности у> 10000 В/Вт при пороговой мощности НЕР~10"12 Вт Гц"ш.

3. Планарные детекторы диапазона длин волн Я«3 мм допускают плотную компоновку в плоскости при слабом взаимовлиянии. Приёмная линейка из восьми планарных детекторов, располо-

женных в ряд с периодом ЗЛ/2, позволила регистрировать поля-ризационно-чувствительные изображения объектов при просвечивании. Это доказывает работоспособность матричного приемника плотной компоновки и перспективность его применения в системах радиовидения.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Для гетероструктур на основе соединений АНп-Оа-АБ-К метод МОГФЭ обеспечивает изменение состава и легирование с атомарной резкостью, получение атомарно гладких интерфейсов и осаждение металла без формирования промежуточных слоев, что позволяет управлять туннельной прозрачностью контактов МП.

2. Полученный методом МОГФЭ искусственный материал, монокристаллический полупроводниковый ваЛв с внедренными на-нокластерными слоями А1, обладает пикосекундной временной динамикой отклика на межзонное оптическое возбуждение.

3. Модельное описание электрических свойств наноконтактов с барьером Шоттки свидетельствует о возрастании туннельной компоненты тока при уменьшении их размеров и малой инерционности нелинейных емкостных эффектов, сопровождающих их перезарядку, вплоть до терагерцовых частот.

4. Дельта-легирование кремнием слоя ваАв вблизи границы с алюминием позволяет управлять эффективной высотой барьера контакта МП в диапазоне 0,7-^0,2 эВ при сохранении небольших значений фактора идеальности <1,5 и сопоставимых характеристиках нелинейности ВАХ при нулевых напряжениях смещения.

5. Обобщённая эмиссионно-диффузионная теория, учитывающая одновременно туннельные процессы вблизи границы МП и ток инжекции в базовом ¡-слое, с достаточной точностью описывает ВАХ низкобарьерных диодов Мотта.

6. Низкобарьерные диоды Мотта с 8-легированием вблизи границы МП обеспечивают рост чувствительности при детектировании в режиме без тока смещения и эффективное смешение сигналов при пониженной мощности гетеродина.

7. Планарные детекторы на основе микрополосковых щелевых антенн, с включёнными в них низкобарьерными диодами, сохраняют направленность и чувствительность при плотной компоновке в матричном приёмнике.

Личный вклад автора

При выполнении работы автором сделан определяющий вклад в постановку задач исследования электронных транспортных эффектов в микроструктурах металл-полупроводник, развитие методик гетероэпитаксиального роста и селективного легирования структур, анализ и интерпретацию экспериментальных данных, решение модельных теоретических задач.

Апробация работы

Основные результаты были представлены и обсуждены на

- Российской конференции с участием зарубежных учёных «Мик-роэлектроника-94» (Звенигород, 1994 г.);

совещаниях «Нанофотоника» (Нижний Новгород - 1999, 2000, 2001,2003,2004 г.);

- 8th, 10th and 11th European Workshops on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy (Prague - 1999, Lecce - 2003, Lausanne - 2005); International Workshops "Scanning probe microscopy" (Nizhny Novgorod - 2001, 2002, 2003);

- I, II, III, V, VI и VIII Российских конференциях по физике полупроводников (Нижний Новгород - 1993 г., Зеленогорск - 1996 г., Москва - 1997 г., Нижний Новгород - 2001 г., Санкт-Петербург -2003 г., Екатеринбург - 2007 г.);

International Symposia "Nanostructures: Physics and Technology" (St.-Petersburg - 1996, 1997);

International Symposia on Compound Semiconductor (St.-Petersburg - 1996,1997);

10th International Conference on Superlattices, Microstructures, and Microdevices (Lincoln, 1997);

- 2nd VDE World Micro Technologies Congress - (Munich, 2003);

- международных конференциях "Оптика, оптоэлектроника и технологии" (Ульяновск - 2001, 2002, 2003 г.);

- 4th International Conference On Photo-Excited Processes and Applications (Lecce, 2004);

Всероссийской научно-технической конференции "Электроника и Информатика" (Зеленоград, 1995 г.);

- совещании "Зондовая микроскопия" (Нижний Новгород, 2000 г.); симпозиумах "Нанофизика и наноэлектроника" (Нижний Новгород - 2007, 2008, 2009 г.);

- International Semiconductor Device Research Symposia (Charlottesville - 1993, 1997);

8"ои, 11 "ои, 15"°и, 16"ои и 17"ои международных микроволновых конференциях "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (Севастополь - 1998, 2001,2005, 2006, 2007 г.);

- 7"ои Российской конференции "GaAs-99" (Томск, 1999 г.);

- 23rd International Conference on Microelectronics (Nis, 2002);

- Joint 31st International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 14th International Conference on Terahertz Electronics (Shanghai, 2006);

6th International Conference on Antenna Theory and Techniques (Sevastopol, 2007);

- Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения (Москва, 2008 г.);

- радиоастрономической конференции «Повышение эффективности и модернизация радиотелескопов» (Нижний Архыз, 2008 г.).

Публикации

Основные результаты опубликованы в 83 работах, из них - 49 статей в рецензируемых журналах, 34 работы - в сборниках материалов и трудов конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, трёх приложений, списка цитированной литературы (164 наименования) и списка публикаций автора по теме диссертации. Объём диссертации составляет 402 страницы, она содержит 160 рисунков и 11 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении обоснована актуальность темы исследований, сформулирована цель работы, показана ее научная новизна и практическая значимость, приведены положения, выносимые на защиту, а также представлены сведения о структуре и содержании работы.

В главе 1 обсуждаются возможности метода МОГФЭ [6] по созданию гетероэпитаксиальных микроструктур с тонкими слоями, гладкими интерфейсами, высокой однородностью вдоль поверхности и резким изменением состава и легирования. Эти структуры необходимы для решения основных задач диссертационной работы, связанных с изучением транспортных явлений в контактах МП, где

эффекты туннелирования играют важную или определяющую роль. Описывается базовый технологический инструментарий, включающий методики МОГФЭ, оптический мониторинг процесса МОГФЭ (in situ), новые методики диагностики наноструктур, способы получения различных комбинаций низкодефектных полупроводниковых гетероструктур на основе соединений Al-Ga-In-As-N [А1-А32].

Обсуждаются наиболее существенные особенности установок МОГФЭ. Важным аспектом является совершенная газодинамика реактора, обеспечивающая при выращивании гетероструктур быструю замену парогазовой смеси у подложки. Обсуждаются эксперименты по контролю состояния ростовой поверхности при измерении коэффициента отражения поляризованного света, падающего на неё под углом Брюстера (брюстеровская рефлектометрия). Эти исследования позволили определять количество остаточного мышьяка на поверхности и удалять его без нарушения морфологии. Для гетероструктур InGaAs/GaAs брюстеровская рефлектометрия позволила также контролировать сохранение режима послойного роста, срыв его при образовании квантовых точек и нестационарные процессы сегрегации индия при повышении температуры роста Tg>450°C.

Серьёзное внимание уделено поиску режимов МОГФЭ для формирования атомарно гладких поверхностей и атомарно резких интерфейсов. Обсуждаются причины нарушения планарности поверхности из-за эшелонирования атомных ступеней, релаксации упругих напряжений и генерации дефектов в гетероструктурах типа InGaAs/GaAs. Для контроля шероховатости поверхности использовали методики атомно-силовой микроскопии (АСМ) поверхности и поперечных сколов гетероструктур. Одновременно проводился поиск режимов МОГФЭ для получения полупроводниковых гетероструктур с резким изменением состава. Резкость гетеропереходов контролировалась методом послойной оже-электроной спектроскопии сверхвысокого (субнанометрового) разрешения - рис.1. Видно, что задний фронт слоя InGaAs является более резким, его ширина для «скользящих» электронов, обеспечивающих лучшее разрешение, составляет <0,8 нм. Передний профиль более затянут, его ширина составляет ~ 1,2-5-1,4 нм из-за сегрегации In при относительно высокой температуре роста Tg=600°C.

Предложен оригинальный метод восстановления профиля легирования полупроводников при электрохимическом CV профилировании. Метод дает возможность восстановить профиль легирования

Глубина распыления, нм

Рис. 1. Распределение атомов 1п по глубине в гетероструктуре ОаАзЛгЮаАзЛЗаАз, измеренное при разных углах сбора оже-электронов в энергоанализатор: 1 - сбор во всём телесном угле; 2 -«скользящие» электроны; 3 - «нормальные» электроны.

непосредственно от поверхности полупроводника с высоким пространственным разрешением на масштабах, меньших радиуса деба-евского экранирования. Формально разрешение ограничивается величиной шага травления, который может быть равен нескольким нанометрам. Метод предъявляет повышенные требования к точности измерений и требует совершенствования измерительной аппаратуры.

Важная роль в работе отводится технике 5-легирования. Именно с помощью 8-легирования ваАв кремнием формируется необходимый потенциальный рельеф туннельных контактов МП, которые изучаются в дальнейшем. Важные параметры - высокая поверхностная концентрация электронов - и предельная резкость в распределении примеси в 5-слое. Дельта-слои, выращенные при Т8=600°С, имели наибольшие значения N¿>«61012 см"2 и минимальную ширину концентрациннных пиков по СУ измерениям: 2,5 нм при 300 К и 1,6 нм при 77 К - рис. 2. Эти параметры сопоставимы с лучшими известными данными [7] и согласуются с результатами анализа осцилля-ционных транспортных эффектов в 5-слоях в импульсных магнитных полях до 26 Т при температурах Т=1,6-И,2 К [А23].

Проведены исследования глубоких состояний и захвата на них электронов в 8-легированном кремнием ваАз с помощью измерений импеданса контакта Шотгки к структуре в зависимости от напряжения и температуры. Выяснены причины насыщения концентрации

Рис. 2. СУ профили концентрации электронов в 8-слоях кремния в ваАв, измеренные при 300 и 77 К.

электронов в 8-слое на уровне #5«6-1012 см"2 с ростом поверхностной концентрации кремния N¿>N3 . Показано, что в этих условиях происходит насыщение концентрации электронов, обусловленное автокомпенсацией. В запрещенной зоне появляются хвосты плотности состояний с характерной энергией в интервале 20+100 мэВ и сечением захвата электронов порядка 10~17 см"2. Здесь же приведены результаты работ по намеренной генерации глубоких состояний в 5-легированных структурах СаАэ при их облучении ионами водорода и гелия [А26]. Пороговая доза облучения, необходимая для изоляции б-слоя на уровне 5-109 ом/а, оказалась в два раза больше, чем для однородно легированного слоя с той же поверхностной концентрацией. Изоляция сохраняется при отжиге структур при температурах менее 400°С. Отжиг при температуре >600°С изменяет тип проводимости на дырочный, подтверждая амфотерный характер примеси 81.

Приведены оптические, аналитические и структурные данные по узкозонным слоям ШваАв, ваЛвИ и ЬЮаАвК на подложках ваАэ [А27-А32]. Добавление 1п и N в ОаАэ уменьшает ширину запрещённой зоны, но противоположно влияет на упругие напряжения в структурах. Показана возможность компенсации упругих напряжений в гетероструктурах ЫСаАз^СаАв [АЗ 1,АЗ 2].

Полученные результаты свидетельствуют о том, что селективно легированные гетероструктуры ШОаАзШЗаАз с тонкими слоями нанометровой толщины, выращенные методом МОГФЭ, имеют вы-

сокое качество и могут использоваться для «зонной инженерии» потенциального рельефа в контактах МП.

В главе 2 обсуждаются результаты исследований процессов осаждения А1 из металлоорганических соединений (МОС) триметиламиноалана (ТМАА) или диметилэтиламиноалана (ДМЭАА) и лазерного напыления Мо и V/ на атомарно чистую (ростовую) поверхность СаАз(ЮО) в реакторе МОГФЭ. Изучаются процессы образования металлических нанокластеров А1, Мо и Ш на поверхности ваАз, последующего эпитаксиального заращивания нанокластеров полупроводниковыми слоями и формирования многослойных массивов металлических нанокластеров в монокристаллической полупроводниковой матрице СаАя [АЗЗ-А44].

Установлено, что при температурах осаждения Тё от 130 до 360°С формируются чистые слои алюминия, состоящие из зерен различных текстур и эпитаксиальных ориентации. С увеличением ТЁ возрастает структурное совершенство, увеличивается размер зерен и шероховатость поверхности плёнки А1. При Тг<240°С получены близкие к идеальным контакты А1/п-СаАз. Они имеют атомарно чистый и гладкий интерфейс, заданный эпитаксиальной поверхностью ваАБ, без каких-либо промежуточных слоев. Удельное сопротивление А1 составляет 5+7 мкОм см2, что близко к объёмному значению, высота барьера Шоттки находится в интервале 0,7+0,75 эВ и фактор идеальности <1,1.

Показано, что на начальных стадиях осаждения А1, Мо и \У на поверхности СаАэ происходит формирование нанокластеров с латеральными размерами 10+100 нм. При их эпитаксиальном заращива-нии может реализовываться как механизм роста Фольмера-Вебера, так и послойный рост кристалла. Послойный механизм реализуется, если после формирования нанокластеров А1 при Т6<500°С закрыть их слоем низкотемпературного ваАэ толщиной 10+20 нм и только потом прервать рост для повышения температуры до оптимальных значений для ОаАэ (>600°С). В этом случае планаризация поверхности ваАз происходит при толщине, сравнимой с высотой нанокластеров. Это подтверждают данные атомно-силовой микроскопии -рис. 3. Видны атомные ступени на начальных стадиях заращивания -рис. 36. Важно также, что рельеф и картина токов растекания на рис. Зв соответствуют друг другу, что свидетельствует о наличии металла под возвышениями.

а б в

Рис. 3. Изображения в атомно-силовом микроскопе: а) - нанокласте-ров А1 на ваАз; б) - идентичных нанокластеров, покрытых тонким слоем ваАэ; в) - участка поверхности, показанной на рисунке (б) в режимах рельефного и токового контрастов.

I

Такой режим заращивания сохраняется при гораздо большем количестве осаждённого алюминия, когда размеры островков возрастают до 100 нм и они начинают соприкасаться. Установлено, что верхний полупроводниковый слой имеет низкий уровень структурных дефектов. При встраивании в него квантовой ямы 1пСаАз, как тест-объекта, наблюдаются характерные спектры фотолюминесценции и рентгеновской дифракции.

В главе 3 рассмотрены теоретические модели, полезные при анализе свойств наноконтактов и многослойных структур с металлическими нанокластерами в полупроводниковой матрице [А45-А47]. Здесь же представлены результаты оптических исследований эпи-таксиальной структуры СаАз, имеющей 9 нанокластерных слоев алюминия [А48,А49].

Рассмотрена модельная задача о свойствах контакта Шоттки между металлической сферой радиуса а и полупроводником. Показано, что ширина области обеднения вокруг сферического наноконтакта может быть много больше его размеров, что обеспечивает малую величину емкости С~а-8. Величина критической частоты наноконтакта - сопротивление растекания) достигает терагер-цового диапазона частот даже при невысоком уровне легирования полупроводника 1Ч~10)5т-1016 см"5, что свидетельствует о малой | инерционности отклика наноконтакта. Обсуждается влияние кривизны границы раздела МП на величину туннельной компоненты тока. Уменьшение радиуса а приводит к сужению барьера - рис. 4а. В ВКБ-приближении, с учётом снижения высоты барьера за счёт сил изображения построена теория термополевого (ТП) токопереноса. I 13

металл

и

О

х

Ю2 103

а, нм

а

б

Рис. 4. Форма потенциала для наноконтакта (линия) и плоского контакта (пунктир) - (а); области параметров, отвечающие туннельному - Т, термополевому - ТП и термоэмиссионному - ТЭ механизмам то-копереноса при 300 К - (б).

Получены аналитические выражения для ВАХ. Определена область параметров с термополевым механизмом протекания тока - рис. 46. На противоположных границах этой области термополевой ток сравнивается с термоэмиссионным (ТЭ) и туннельным (Т). При термополевом токопереносе зависимости как прямого, так и обратного тока имеют, в основном, экспоненциальный характер. При уменьшении радиуса наноконтакта снижение эффективной высоты барьера может быть более 0,1 эВ. Для наноконтакта с а~10 нм при Т=300 К величины прямого и обратного токов сравниваются, и ВАХ становятся симметричными. Это сохраняется при сколь угодно малом уровне легирования полупроводника.

Рассмотрена модель плотного массива нанокластеров, встроенных в полупроводник. Предполагается, что произошло смыкание металлических нанокластеров и выравнивание электрического потенциала. Проведено теоретическое исследование частотной зависимости адмитанса и нелинейных свойств емкости в таких структурах. Рассмотрена динамика изменения ёмкости структуры при большой амплитуде воздействующего сигнала. Через некоторое время после начала воздействия система переходит в установившийся режим, которому соответствует определенный заряд металлического слоя и емкость системы. После этого заряд металла и емкость не зависят от

мгновенного значения напряжения, а определяются его амплитудой. Следует заметить, что скорость уменьшения емкости в начале переходного процесса может быть более 10% за 1 пс.

Представлены результаты оптических исследований структур ваЛв, содержащих 9 нанокластерных слоев А1. Из измерений спектров фототока определена высота потенциальных барьеров нанокон-тактов ~0,76 эВ. С субпикосекундным временным разрешением изучена кинетика отражения света и фотолюминесценции (ФЛ) после воздействия на многослойную структуру мощного светового импульса, возбуждающего неравновесные носители заряда - рис. 5.

а б

Рис. 5. Темп изменения: (а) - коэффициента отражения АЯ при двух различных взаимных поляризациях возбуждающего и зондирующего импульсов; (б) - интенсивности фотолюминесценции при уровнях возбуждения 450 (1), 200 (2), 100 (3) и 35 мВт (4).

Предложена простая модель, описывающая баланс в системе горячих и термализованных неравновесных носителей тока и кинетику изменения оптических сигналов. Быстрое изменение коэффициента отражения (харктерное время ~1 пс) связано с захватом большего числа носителей на центры безызлучательной рекомбинации, связанные с нанокластерами. Время жизни небольшого числа не захваченных неравновесных носителей составляет ~15 пс и определяет темп гашения сигнала ФЛ.

В главе 4 представлены результаты экспериментальных и теоретических исследований транспортных процессов в туннельных контактах МП с приповерхностным 5-легированием [А50-А64]. Описана

технология изготовления структур на основе А1ЛЗаАз в едином процессе МОГФЭ. Приведены и проанализированы экспериментальные ВАХ структур с модифицированными контактами Мотта. Разработана теоретическая модель, описывающая токоперенос.

Показана возможность управления путём 5-легирования вблизи границы МП эффективной высотой барьера Фс(г к п-СаАз(ЮО) при сохранении небольших значений фактора идеальности п. На рис. 6 схематически показан ход потенциала в котакте Мотта с 6-легированием и приведены данные экспериментов и численных расчётов для величин Фей-и п в контактах на основе А1/8(81)-СаАз.

ф и Ес(х)

ттт 1 л й X

а б

Рис. 6. Профиль потенциала в контакте Мотга - (а); эффективная высота барьера Фе«- и фактор идеальности п в зависимости от глубины залегания 5-слоя с концентрацией N5,1012 см"2: 1 - 4, 2 - 8.

На основе подхода Мерфи и Гуда [8] была решена задача о тун-нелировании в контактах МП с изотипным 5-легированием. При полном обеднении б-слоя, как показано на рис. 6а, получено аналитическое выражения для плотности тока

ХУ)=А*Т2

ех1

р(-ъ)

ехр

кт ;

(1)

1 - кТ • с

справедливое при высокой туннельной прозрачности барьера [А56]. Коэффициенты Ь и с, слабо зависящие от напряжения, определяют уменьшение постоянной Ричардсона А . Сравнение с экспериментом показывает, что теория даёт лишь качественное описание ВАХ.

Для выяснения причин расхождения теории и эксперимента был развит феноменологический подход к диагностике параметров низкобарьерных диодов, основанный на анализе зависимости дифференциального сопротивления диода от напряжения Rd(V). Проведённое исследование показало, что для точного и полного описания ВАХ диода нужно учитывать последовательно включенный п-п+-переход и пространственный заряд инжектированных электронов.

Была решена задача о токопереносе в контактах Мотта при учёте пространственного заряда в i-слое. Получены аналитические выражения для потенциала, ёмкости и тока. Основным допущением было пренебрежение током инжекции и объёмным легированием i-слоя. В сравнении с классическим результатом Мотта [9], учёт пространственного заряда замедляет рост тока при прямом смещении и уменьшает нелинейность ВАХ. Инжекция носителей тока в i-слой приводит к резкому возрастанию ёмкости контакта.

В дрейфово-диффузионном приближении было получено аналитическое решение задачи об инжекции носителей тока в i-слой при самосогласованных граничных условиях на контактах и при учёте самого тока инжекции. Такое решение описывает одновременно контактные и объёмные инжекционные эффекты и позволяет рассчитать потенциал, электрическое поле и ВАХ во всём диапазоне напряжений для целого ряда структур с любой комбинацией металлических и полупроводниковых контактов, в том числе имеющих гетеробарьеры, препятствующие инжекции электронов. Ранее для этого использовались различные приближения [10]. В частности, при больших токах из решения следует закон Мотта-Герни [10]. Пример расчёта прямых ветвей ВАХ контактов Мотта показан на рис. 7а. Для сравнения приведены результаты [А63], полученные численно в квазигидродинамической модели, учитывающей эффекты горячих электронов и нестационарные транспортные явления. Видно, что аналитическое решение, в основном, правильно описывает ток.

Полученные решения позволили сформулировать обобщённый эмиссионно-диффузионный подход к вычислению тока в низкобарьерных контактах Мотга. Учитываются туннельные процессы на границе МП и эффекты пространственного заряда в базовом i-слое. На рис. 76 приведены ВАХ: кривая 1 - расчёт на основе (1) с учетом пространственного заряда, 2 - дополнительно учитывается вырождение электронов в контактах, 3 - эксперимент, 4 - при использовании статистики Ферми в контактах и в i-слое. Для обратной ветви

0.01

0.1

1

-1,0 -0,5 0,0 0,5 У,В

а б

Рис. 7. ВАХ: (а) - диодов Мотта с барьером Д=0,23 эВ и толщиной ¡-слоя О - 50, 100,200, 500 нм (линии - решение, пунктир - численный расчёт); (б) - низкобарьерных диодов при Ф=0,7 эВ, (1=4,7 нм, Л^=8,8-1012 см"2, Б=100 нм, (1, 2, 4, 5 - расчёты, 3 - эксперимент).

ВАХ все способы вычисления тока дают результат (5), близкий к данным эксперимента, если учесть дополнительный туннельный ток через основание туннельного барьера при энергиях Е<Д (рис. 6а).

Глава 5 посвящена применению низкобарьерных диодов с 5-легированием для создания новых высокочувствительных микроволновых детекторных и смесительных приёмников [А65-А83]. Значительное внимание уделяется разработке простых планарных приёмных систем, перспективных для реализации радиовидения в миллиметровом диапазоне длин волн в реальном масштабе времени.

Описаны методы и базовые технологии изготовления планарных смесительных и детекторных диодов. Приведены результаты работ по введению в структуру дополнительных гетерослоёв, облегчающих изготовление диодов с субмикронными размерами анода.

Отработаны технологические приёмы изготовления планарных диодов с пониженной высотой барьера. Изготовлены планарные диоды с площадью анода Б® 10 мкм2, малой удельной ёмкостью <1 фф/мкм2 и значениями дифференциального сопротивления К(1(0)=0,4+1000 кОм. На рис. 8 приведена микрофотография диода и эскиз его поперечного сечения. Диоды имеют малую ёмкость С<15 фф и последовательное сопротивление г<15 Ом.

Катод

Полиимид

1

п*-0аА5

Аи А|

/ / Анод

а

б

Рис. 8. Микрофотография низкобарьерного планарного диода - (а) и схематичное изображение его поперечного сечения плоскостью, проходящей через анодный контакт - (б).

Представлены результаты экспериментов по детектированию излучения коротковолновой части миллиметрового диапазона в волно-водных камерах с низкобарьерными диодами Мотта. Изложены принципы и методики измерения основных характеристик детекторов: вольт-ваттной чувствительности у и минимальной обнаружимой мощности ЫЕР. Проведено сопоставление характеристик детекторов на основе диодов с пониженной и обычной высотой барьера. При детектировании сигналов в волноводной камере в широкой полосе 80+140 ГГц получены значения у>1000 В/Вт и №Р<10"" Вт-Гц"1/2. Лучшие значения параметров на выделенных частотах этого диапазона у~5000 В/Вт, МЕР«3+6-!0"12 ВтТц"12. При использовании опти-

мизированной платы согласования в радиометре трехмиллиметрового диапазона получены значения у> 10000 В/Вт в полосе 76+105 ГГц. Это соответствует рекордным результатам для неохлаждаемых диодных детекторов этого диапазона.

Изучены шумовые характеристики низкобарьерных диодов, существенные для детектирования сигналов. Определена зависимость фактора Фано для дробовых шумов диода в зависимости от протекающего через него тока. Фактор Фано уменьшается с ростом тока смещения и при токах более 1 мА приближается к значению 1, свидетельствующему о дробовом характере шума. При стремлении тока к нулю шумы диодов приобретают тепловой характер, и их спектральная плотность согласуется с формулой Найквиста.

Были проанализированы принципы построения планарных детекторов миллиметрового диапазона длин волн на основе низкобарьерных диодов, включенных в планарные щелевые антенны. Рассмотрены основные задачи по выбору и разработке конструкции антенны, согласованной с низкобарьерным диодом, и по оптимизации параметров низкобарьерных диодов для достижения максимума чувствительности. Описана конструкция щелевой антенны на фольгиро-ванном диэлектрике Яос^егз с низкой диэлектрической проницаемостью е«2,2 и толщиной 0,5 мм - рис. 9. Внешние размеры антенны сравнимы с длиной волны X. Она располагается на слое диэлектрика ограниченных размеров. Значения ширины диаграммы направленности по половине мощности в главных плоскостях почти равны (приблизительно 44° и 47°), коэффициент усиления Сг«14,5, волновое сопротивление Ка»800 Ом, средняя частота £=94 ГГц и полоса ГГц. Антенны обеспечивают достаточно высокую направленность и эффективность за счет малых потерь мощности на возбуждение поверхностных волн.

Рис. 9. Схематичное изображение планарного детектора и его диаграммы направленности в главных плоскостях.

Исследованы характеристики детектирования для диодов с в диапазоне 0,4-4000 кОм - рис. 10.

Шю

¡=г и

■ 10Г"

н СО

ЙЗ10»

■

• I1 ..................

15000

га

10000

- 5000

^.V

■ ■ ■

■

0,1 1

0,1

1 10 100 1000

10 100 1000

а б

Рис. 10. Экспериментальные (точки) и теоретические (пунктир) зависимости у (а) и №Р (б) плашрных детекторов от

Проведено сопоставление с расчётами в простой модели детектора:

<Чг2К_, (2)

_а Кс1 7 г'г + Л.+Я.

о+г/к^-а+^/ф

МЕР = (У„)/у,

(1 + г/К,)

{ =-а_

с

1/2

(3)

(4)

■Л/2

(5)

,Уп)2=4-кТ-ДГ-(г + К(1) где а = 11^-с121/(1У2 - параметр нелинейности ВАХ, (Уп) - среднее

значение амплитуды теплового шума диода в полосе частот фактор (1-|г2|) учитывает согласование диода с антенной, И] - сопротивление нагрузки детектора, г«10 Ом и С~15 фФ. Видно, что теоретические и экспериментальные результаты хорошо согласуются. Значения у>10000 В/Вт достигаются для диодов с 1^=20-^100 кОм при НЕР«2-10"12 Вт Гц",/2. Лучшие значения МЕР~10"12 Вт Гц"1/2 отвечают у«7000 В/Вт при 1^=2-6 кОм.

Для продвижения в область более высоких частот рассматривается возможность создания пленарного детектора непосредственно на основе полуизолирующей подложки ваАв с высокой диэлектри-

21

ческой проницаемостью е»13. Приведены результаты численного моделирования и измерения параметров таких детекторов в диапазоне 94-^97 ГГц. Коэффициент направленного действия антенны снижается до 10, величина у - примерно в два раза ниже, чем для диэлектрика Кос^еге. Тем не менее, это свидетельствует о перспективности разработки интегральных планарных детекторов на СаАв.

Показана возможность построения матрицы планарных детекторов с компактным расположением в плоскости (период - ЗХ/2) при слабом взаимном влиянии. Для подавления боковых лепестков и минимизации взаимного влияния антенн использованы штыри, смонтированные на металлическом экране. Изготовлена приёмная линейка из восьми планарных детекторов, расположенных в ряд с периодом ЗА/2. С помощью пошагового перемещения линейки в плоскости получены изображения различных предметов при их просвечивании излучением с частотой 94 ГГц. Лучшие значения разрешения составили ~2Х при минимальных расстояниях от объекта до плоскости сканирования и шагах перемещения ЗА/4.

Описаны практически важные характеристики планарных детекторов - динамический диапазон, температурные и частотные зависимости параметров. Предложены пути оптимизации диодов для увеличения рабочих частот и повышения чувствительности планарных детекторов.

Приведены данные по смешению сигналов с частотами около 94 ГГц (промежуточная частота 700 МГц) на низкобарьерном диоде, включённом в планарную антенну. Лучшие результаты показали диоды с ^«3-^9 кОм: потери преобразования составили 16-г12,5 дБ при существенно меньших значениях мощности гетеродина (10*40 мкВт), в сравнении с обычными смесительными диодами.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

В приложении 1 обсуждается точность восстановления профиля легирования полупроводников на основе СУ измерений в процессе электрохимического травления [А20].

Приложение 2 - это описание свойств математической функции, возникающей при анализе туннелирования в наноконтактах и имеющей связь с функцией Аппеля.

Приложение 3 содержит обобщение решения задачи инжекции носителей тока в изолирующий слой для структур с металлическими и вырожденными полупроводниковыми контактами.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Развит метод брюстеровской рефлектометрии, предназначенный для оптического мониторинга в реальном масштабе времени газовой фазы и ростовой поверхности полупроводников А3В5 с монослоевым разрешением в условиях МОГФЭ. Оптические измерения позволяют оценить: характерные времена процессов пиролиза арсина и десорбции мышьяка; темп сегрегации индия и нарушения морфологии поверхности.

2. Проведены исследования планарности интерфейсов, дефектооб-разования и резкости гетеропереходов в структурах ГпОаАзЮаАз. Установлено, что при увеличении толщины слоев 1пСаАэ критерием образования дислокаций служит резкий рост шероховатости поверхности структуры. Снижение температуры роста с 600 до 500°С и использование подложек СаАз(ЮО) с малым углом разориентации (<0,2°) приводит к увеличению критической толщины слоя Ino.35Gao.65As от 5 до 10 нм. Данные послойного оже-анализа свидетельствуют о формировании атомарно резких гетеропереходов с протяжённостью меньше предельных значений разрешения данного метода: 0,5-5-0,8 нм,

3. Методом МОГФЭ получены атомарно резкие профили распределения примеси при 6-легировании кремнием слоев ваАэ, о чём свидетельствуют данные СУ профилирования: характерный масштаб области локализации электронов составляет 2,5 нм (при 300 К) и 1,6 нм (при 77 К). При поверхностной концентрации атомов более 6-1012 см"2 происходит насыщение концентрации электронов, обусловленное автокомпенсацией, и в запрещенной зоне появляются хвосты плотности состояний протяжённостью 20-И 00 мэВ и сечением захвата электронов около Ю47 см~2.

4. Исследованы закономерности осаждения алюминия на атомарно чистую поверхность ОаАэ при пиролизе МОС (ТМАА и ДМЭ-АА) в реакторе МОГФЭ. При температурах 150-5-200°С формируются чистые и гладкие плёнки А1 с электрическими свойствами, соответствующими характеристикам объёмного материала. На границе отсутствуют промежуточные слои и параметры контактов Шоттки А1/п-СаАз близки к идеальным: высота барьера ~0,7 эВ, фактор идеальности 1,02-7-1,06.

5. Показано, что при пиролизе МОС А1 и лазерном распылении Мо и¥на поверхности ваАв на начальных стадиях происходит

формирование металлических нанокластеров с латеральными размерами 10-5-100 нм. Послойный механизм их заращивания реализуется, если сразу после формирования нанокластеров закрыть их тонким слоем низкотемпературного ваАв толщиной 10н-20 нм, и только потом прервать рост для повышения ростовой температуры до оптимальных значений для СаАв. В этом случае планаризация поверхности слоя ваАэ происходит при толщине, сравнимой с высотой нанокластеров, что позволяет формировать плотные многослойные массивы нанокластеров.

6. Проведены модельные расчёты электрических свойств нанокон-тактов Шоттки. Для наноконтактов малого радиуса (<10 нм) возрастает туннельная компонента тока, уменьшается эффективная высота барьера и сравниваются токи прямой и обратной ветвей ВАХ. Ширина области обеднения полупроводника вокруг нанокластера или массива нанокластеров может быть много больше их размеров. Это приводит к малой ёмкости и малой инерционности процессов перезарядки нанокластеров и выраженным нелинейным емкостным эффектам вплоть до терагерцо-вых частот.

7. Экспериментальные исследования кинетики отражения и фотолюминесценции в ваАБ с нанокластерами А1 позволяют оценить время жизни неравновесных носителей ~15 пс и время релаксации проводимости ~1 пс. Гашение фотолюминесценции связано с временем жизни неравновесных носителей. Эволюция во времени коэффициента отражения определяется релаксацией проводимости из-за захвата неравновесных носителей на центры безызлучательной рекомбинации, обусловленные встроенными в ОаАэ нанокластерами. Предложена простая модель, которая количественно описывает кинетику фотолюминесценции и качественно - эволюцию во времени коэффициента отражения.

8. Разработан способ уменьшения эффективной высоты потенциального барьера контакта МП за счёт увеличения туннельной компоненты тока. При 8-легировании кремнием ОаАв вблизи границы с А1 эффективная высота барьера снижается от 0,7 до 0,2 эВ при значениях фактора идеальности <1,5. При высокой поверхностной концентрации кремния ~1013 см"2 получены омические контакты к п-ваАз с сопротивлением <10"5 Омсм2.

9. В дрейфово-диффузионном приближении получено аналитическое решение задачи об инжекции носителей тока в изолирующий ¡-слой, учитывающее одновременно контактные явления на границах и инжекционные токи в объёме. Решение позволяет рассчитать потенциал, электрическое поле и ВАХ во всём диапазоне напряжений для целого ряда структур с металлическими и полупроводниковыми контактами, в том числе при наличии на границах гетеробарьеров, препятствующих инжекции.

10. Построена обобщённая теория туннельного и дрейфово-диффузионного токопереноса в низкобарьерных контактах Мот-та с 8-легированием вблизи границы МП. Подход позволяет с достаточной точностью описать ВАХ низкобарьерных диодов.

11. На основе микроструктур А1/(1п)ОаАз-8(80-ОаА8 изготовлены планарные низкобарьерные диоды с площадью анода ~10 мкм2, малой удельной ёмкостью <1 фФ/мкм2 и значениями дифференциального сопротивления в диапазоне 0,4-И ООО кОм. Применение низкобарьерных диодов в волноводных и планарных конструкциях детекторов миллиметрового диапазона длин волн без использования постоянного смещения минимизирует собственные шумы диода и обеспечивает рост чувствительности. Лучшие характеристики в диапазоне 94 ГГц: детектирование: ЫЕР~10"12 Вт Гц1/2, у> 10000 В/Вт; смешение: потери преобразования 16-И 2,5 дБ при пониженной мощности гетеродина 10+40 мкВт.

12. Разработаны планарные детекторы диапазона >^3 мм на основе микрополосковых щелевых антенн, с включёнными в них низкобарьерными диодами. Антенны изготовлены на основе фоль-гированных диэлектриков (в=2,2), имеют внешние размеры и обеспечивают низкий уровень боковых лепестков в диаграмме направленности. Показана возможность их плотной компоновки при слабом взаимовлиянии. Изготовлена линейка из 8 планарных детекторов на 94 ГГц, расположенных в ряд с периодом ЗМ2. При просвечивании различных объектов излучением с частотой 94 ГГц регистрировалась интенсивность прошедшего поля путём механического перемещения линейки детекторов в плоскости с шагом Зк/2 или ЗЯУ4. Получены поляризационно-чувствительные изображения объектов, картины дифракции и интерференции. Лучшие значения разрешения составили ~2Х.

Цитированная литература

1. Gregory S. High resistivity annealed low-temperature GaAs with 100 fs lifetimes / S. Gregory, C. Baker, W.R. Tribe, M.J. Evans, H.E. Beere, E.H. Linfield, A.G. Davies, M. Missous // Applied Physics Letters. - 2003.-V.83.-N20.-P.4199-4201.

2. Kadow C. Self-assembled ErAs islands in GaAs for optical-heterodyne THz generation / C. Kadow, A.W. Jackson, A.C. Gossard // Applied Physics Letters. -2000. - V. 76. -N 24. - P. 3510-3512.

3. Su N. Sb-Heterostructure Millimeter-Wave Detectors With Reduced Capacitance and "Noise Equivalent Power / N. Su, R. Rajavel, P. Deelman, J.N. Schulman, and P. Fay // IEEE Electron Devices Letters. - 2008. - V. 29. - N 6. - P. 536-539.

4. Lynch J.J. Passive Millimeter Wave Imaging Module With Preampli-fied Zero-Bias Detection / J.J. Lynch, H.P. Moyer, J.H. Schaffner, Y. Royter, M. Sokolich, B. Huges, Y.J. Yoon, J.N. Schulman // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. -2008. - V. 56. -N7.-P. 1592-1600.

5. Brown E.R. Fundamentals of Terresttrial Millimeter-Wave and THz Remote Sensing / E.R. Brown // International Journal of High Speed Electronics and Systems. -2003,-V. 13.-N 4. -P. 995-1097.

6. Stringfellow G.B. Organometallic Vapour-Phase Epitaxy. Theory and Practice / G.B. Stringfellow // Boston: Academic Press. - 1989. -398 P.

7. Delta Doping of Semiconductors / Ed. by E.F. Schubert/ - Cambridge: Cambridge University Press. - 1996. - 616 P.

8. Мод иное А. Авто-, термо- и вторично-электронная эмиссионная спектроскопия / А. Модинос // М.: Наука, 1990. - 320 С.

9. Mott N.F. The theory of crystal rectifiers / N.F. Mott // Proc. Roy. Soc.-1939.-A 171.-P. 27-38.

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

Список публикаций по теме диссертации

А1. Данильцев В.М. Применение метода Брюстеровской рефлекто-метрии для контроля состояния поверхности GaAs в MOCVD реакторе атмосферного давления / В.М. Данильцев, А.Ю. Лукьянов, М.А. Новиков, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Заводская лаборатория (диагностика материалов). - 1995. - № 10. - С. 1619.

А2. Vostokov N.V. Surface photoabsorption monitoring of the strain induced 2D-3D growth mode transition in MOVPE of InGaAs on GaAs (001) / N.V. Vostokov, V.M. Danil'tsev, M.N. Drozdov, Yu.N. Drozdov, A.Yu. Lukyanov, D.G. Revin, O.I. Khrykin, V.I. Shashkin // Proceedings of 8th European Workshop on Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy and Related Growth Techniques. Prague, June 8-11, 1999. - P. 349-352.

A3. Востоков H.B. Применение метода Брюстеровской рефлекто-метрии для анализа процессов на ростовой поверхности InGaAs в условиях MOCVD / Н.В. Востоков, В.М. Данильцев, Ю.Н. Дроздов, А.Ю. Лукьянов, Д.Г. Ревин, О.И. Хрыкин, В.И. Шаш-кин // Известия РАН, Серия физическая. - 2000. - Т. 64. - № 2. -С.370-373.

А4. Дроздов Ю.Н. Сегрегация индия при выращивании квантовых ям InGaAs/GaAs в условиях газофазной эпитаксии / Ю.Н. Дроздов, Н.В. Байдусь, Б.Н. Звонков, М.Н. Дроздов, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Физика и техника полупроводников. - 2003. - Т. 37.-В. 2.-С. 203-208.

А5. Vostokov N.V. Investigation of InGaAs based double quantum well heterostructures near the critical thickness transition / N.V. Vostokov, D.M. Gaponova, V.M. Daniltsev, Yu.N Drozdov, A.V. Murel, O.I. Khrykin, V.I. Shashkin, I.Yu. Shuleshova // Physics of Low-Dimensional Structures. -2001. - N 3/4. - P. 303-308.

A6. Востоков Н.В. Исследование структур со сдвоенными слоями InGaAs вблизи перехода через критическую толщину / Н.В. Востоков, Д.М. Гапонова, В.М. Данильцев, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, А.В. Мурель, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Микросистемная техника. - 2001.- № 12. - С. 18-22.

А7. Fedirko V.A. Characterization of GaAs/GaAlAs MOCVD superlattice by STM/AFM technique / V.A. Fedirko, V.A. Bykov, M.D. Eremtchenko, V.M. Danilt'zev, V.I. Shashkin // Abstracts of Invited Lectures and Conributed Papers of International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology". St.-Petersburg, Russia, June 24-28, 1996. - P. 381-384.

A8. Fedirko V.A. A3B5 structure characterization by scanning probe microscopy / V.A. Fedirko, M.D. Eremtchenko, V.M. Daniltzev, O.I. Khrykin, V.I. Shashkin // 23rd International Symposium on Compound Semiconductor. St.-Petersburg, Russia, September 23-27, 1996. Inst. Phys. Conf. Ser. - N 155. - P. 949-952.

А9. Pakhomov G.L. AFM Study of Dry Etched Cleavages of the AlxGai. xAs/GaAs heterostructures / G.L. Pakhomov, N.V. Vostokov, V.M. Daniltsev, V.I. Shashkin // Physics of Low-Dimensional Structures. -2002.-N5/6.-P. 247-254.

A10. Shashkin V. Cross-sectional AFM of GaAs-based multiplayer het-erostructure with thin AlAs marks / V. Shashkin, N. Vostokov, V. Daniltsev, Yu. Drozdov, G. Pakhomov // Booklet of Extended Abstracts of 10th European Workshop on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy. Italy, Lecce, June 8-11, 2003. - P. 171-173.

All.Drozdov Yu.N. Cross-Sectional AFM of GaAs-based Multilayer Heterostructure with Thin AlAs Marks / Yu.N. Drozdov, V.M. Daniltsev, N.V. Vostokov, G.L. Pakhomov, V.I. Shashkin // Physics of Low-Dimensional Structures. - 2003. - N 3/4. -P. 49-54.

A12. Shashkin V.I. Selective plasma etching III-V multilayer heterostructures / V.I. Shashkin, G.L. Pakhomov, N.V. Vostokov, V.M. Danil'tsev, Y.N. Drozdov, S.A. Gusev // Proceedings 2nd VDE World Micro Technologies Congress - MICRO.tec 2003, Munich, Germany. October 13-15, 2003. P. 463-465.

A13.Дроздов M.H. Послойный оже-анализ сверхвысокого разрешения: проблема минимизации аппаратурных погрешностей / М.Н. Дроздов, В.М. Данильцев, Н.Н. Салащенко, Н.И. Полуш-кин, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Письма в ЖТФ. - 1995. - Т. 21.-В. 18.-С. 1-7.

А14.Дроздов М.Н. Сверхвысокое разрешение при послойном оже-анализе гетероструктур InxGai.xAs с глубоко залегающими квантовыми ямами / М.Н. Дроздов, В.М. Данильцев, Ю.Н. Дроздов, Д.В. Мастеров, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Письма в ЖТФ. -1996.-Т. 22.-В. 18.-С. 61-66.

А15.Дроздов М.Н. Субнанометровое разрешение по глубине при послойном анализе с использованием скользящих оже-электронов / М.Н. Дроздов, В.М. Данильцев, Ю.Н. Дроздов, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Письма в ЖТФ. - 2001. - Т. 27. -В.З.-С. 59-66.

А16. Дроздов М.Н. Новый метод определения резкости гетеропереходов InGaAs/GaAs при послойном оже-анализе / М.Н. Дроздов, В.М. Данильцев, Ю.Н. Дроздов, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Письма в ЖТФ. - 2001. - Т. 27. - В. 20. - С.51-56.

А17.Шашкин В.И. Простой метод восстановления тонкой структуры легирования полупроводников из C-V измерений в электрохимической ячейке / В.И. Шашкин, И.Р. Каретникова, А.В. Му-рель, И.М. Нефёдов, И.А. Шерешевский // Физика и техника полупроводников. - 1997. - Т. 31. - В. 8. - С. 926-930.

А18.Нефедов И.М. Численный метод определения профиля легирования полупроводников по данным C-V измерений при электрохимическом травлении / И.М. Нефедов, И.Р. Каретникова, А.В. Мурель, В.И. Шашкин, И.А. Шерешевский // Тезисы докладов III Российской конференции по физике полупроводников, "Полупроводники-97". Москва, 1-5 декабря 1997 г. - С. 113.

A19.Shashkin V.I. Approach to Electrochemical C-V Profiling in Semiconductor with Sub-Debye-Length Resolution / V.I. Shashkin, I.R. Karetnikova, A. Murel, I. Nefedov, I.A. Shereshevskii // IEEE Transactions on Electron Devices. 2000. - V. 47. - N 6. - P. 12211224.

A20.Каретникова И.Р. О точности восстановления профиля легирования полупроводников на основе вольт-фарадных измерений в процессе электрохимического травления / И.Р. Каретникова, И.М. Нефёдов, В.И. Шашкин // Физика и техника полупроводников. - 2001. - Т. 35. - В. 7. - С. 801-807.

А21.Данильцев В.М. Получение предельно резких профилей 5-легированных слоев GaAs в процессе металлоорганической газофазной эпитаксии / В.М. Данильцев, И.В. Ирин, А.В. Мурель, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Тезисы докладов I Российской конференции по физике полупроводников. Нижний Новгород, 10-14 сентября 1993 г. - Т. 2, С. 355.

А22. Данильцев В.М. Получение предельно резких профилей распределения примесе в 8-легированных слоях GaAs при металлоорганической газофазной эпитаксии / В.М. Данильцев, И.В. Ирин, А.В. Мурель, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Неорганические материалы. - 1994,- Т. 30. - № 8. -С. 1026-1029.

А23.Германенко А.В. Характеризация 5-легированных слоев GaAs с использованием сильных магнитных полей / А.В. Германенко, Г.М. Миньков, С.А. Негашев, О.Е. Рут, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин, В.М. Данильцев // Материалы совещания "Нанофото-ника", Нижний Новгород, 20-23 марта 2000 г. - С. 78-79.

A24.AIeshkin V.Ya. Band tailing in Si delta-doped GaAs / V.Ya. Alesh-kin, V.M. Danil'tsev, A.V. Murel, 0.1. Khrykin, V.I. Shashkin // Abstracts of Invited Lectures and Conributed Papers of International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology". St.-Petersburg, Russia, June 23-27, 1997. - P. 224-226.

А25.Алёшкин В.Я. Глубокие состояния в S-легированном кремнием GaAs // В.Я. Алёшкин, В.М. Данильцев, А.В. Мурель, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Физика и техника полупроводников. -1998.-Т. 32.-В. 6.-С. 733-738.

A26.Danilov I. Electrical isolation of a silicon S-doped layer in GaAs by ion irradiation /1. Danilov, J.P. de Souza, H. Boudinov, A.V. Murel, V.M. Daniltsev, V.I. Shashkin // Applied Physics Letters. - 1999. -V. 75. -N 13. - P. 1917-1919.

A27. Алёшкин В.Я. Характеризация электрофизическими и оптическими методами гетероструктур GaAs/InxGai_xAs с квантовыми точками / В.Я. Алёшкин, Д.М. Гапонова, С.А. Гусев, В.М. Данильцев, З.Ф. Красильник, А.В. Мурель, А.В. Парамонов, Д.Г. Ревин, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Физика и техника полупроводников. - 1998. - Т. 32. - В. 1. - С. 111-116.

A28.Aleshkin V.Ya. Optical diagnostics of quantum dots in GaAs/InxGa!. xAs heterostructures / V.Ya. Aleshkin, S.A. Gusev, V.M. Danil'tsev, M.N. Drozdov, O.I. Khrykin, Z.F. Krasirnik, D.G. Revin, V.I. Shashkin // Physics of Low-Dimensional Structures. - 1998. -N 1/2. -P. 143-148.

A29.Гапонова Д.М. Структурные и оптические свойства слоёв GaNxAsj.x, выращенных методом металлоорганической газофазной эпитаксии / Д.М. Гапонова, В.М. Данильцев, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, З.Ф. Красильник, Д.Г. Ревин, А.Б. Толстогузов, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин И Известия РАН. Серия физическая. - 2000. -Т. 64. - № 2. - С. 358-361.

АЗО.Данильцев В.М. Оптические и электрофизические свойства эпитаксиальных слоёв GaAsj.xNx, выращенных на GaAs методом МОГФЭ / В.М. Данильцев, Ю.Н. Дроздов, А.В. Мурель, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин, Д.Г. Ревин, Д.М. Гапонова // Известия РАН. Серия физическая. - 2002. - Т. 66. - № 2. - С. 193-195.

A31.Мурель А.В. Исследование квантовых ям GalnNAs-GaAs, выращенных методом МОГФЭ / А.В. Мурель, В.М. Данильцев, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, Д.М. Гапонова, О.И. Хрыкин,

В.И. Шашкин // Известия РАН. Серия физическая. - 2004. - Т. 68. -№ 1.-С. 87-89.

А32.Данильцев В.М. Влияние параметров процесса МОГФЭ на свойства эпитаксиальных плёнок GalnAsN / В.М. Данильцев, Д.М. Гапонова, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, А.В. Мурель, Д.А. Пряхин, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Физика и техника полупроводников.-2005.-Т. 39.-В. 1.-С. 13-16.

АЗЗ.Гусев С.А. Осаждение алюминия на эпитаксиальный арсенид галлия в едином MOCVD процессе с использованием тримети-ламиналана / С.А. Гусев, В.М. Данильцев, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, А.В. Мурель, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Тезисы докладов конференции Микроэлектроника-94. Звенигород, 28 ноября - 3 декабря 1994 г. - С. 267-268.

А34.Данильцев В.М. Осаждение плёнок алюминия на арсенид галлия в процессе металлоорганической газофазной эпитаксии с использованием триметиламиналана / В.М. Данильцев, С.А. Гусев, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин, Б.М. Булычев // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 1996. - № 1. - С. 36-41.

А35.Данильцев В.М. Получение высококачественных слоев AlGaAs методом металлоорганической газофазной эпитаксии с использованием триметиламиналана / В.М. Данильцев, С.А. Гусев, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, А.В. Мурель, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин, Б.М. Булычев // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции "Электроника и информатика". Москва, 15-17 ноября 1995 г. - С. 161.

A36.Shashkin V. Microstructure and Properties of Aluminum Contacts Formed on GaAs(lOO) by Low Pressure Chemical Vapor Deposition with Dimethylethylamine Alane Source / V. Shashkin, S. Rush-worth, V. Daniltsev, A. Murel, Yu. Drozdov, S. Gusev, O. Khrykin, N. Vostokov // Journal of Electronic Materials. - 2001. - V. 30. - N 8. - P. 980-986.

A37.Daniltsev V.M. A new approch to AFM investigation of buried Al/InxGai.xAs/GaAs interfaces and quantum dots / V.M. Daniltsev, M.N Drozdov, Yu.N Drozdov, O.I. Khrykin, V.I. Shashkin, I.Yu. Shuleshova, N.V. Vostokov // Physics of Low-Dimensional Structures. - 2001. -N 3/4. - P. 321-326.

А38.Востоков Н.В. Применение селективного химического травления для исследования зарощенных слоев и самоорганизованных квантовых точек в гетероструктурах Al/InGaAs/GaAs методом атомно-силовой микроскопии / Н.В. Востоков, В.М. Данильцев, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин, И.Ю. Шулешова // Микросистемная техника. - 2001. - № 11. - С. 35-37.

A39.Востоков Н.В. Формирование и исследование металлических нанообъектов А1 на GaAs / Н.В. Востоков, В.М. Данильцев, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, А.В. Мурель, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Поверхность. - 2000. - № 11. - С. 84-88.

A40.Shashkin V. Aluminum nanoparticles embedded into GaAs: deposition and epitaxial overgrowth by MOCVD / V. Shashkin, V. Danilt-sev, M. Drozdov, Yu. Drozdov, A. Murel, N. Vostokov, S. Rush-worth // Booklet of Extended Abstracts of 10th European Workshop on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy. Italy, Lecce, June 8-11, 2003.- P. 79-82.

A41.Востоков Н.В. Формирование нанокластеров А1 и их заращива-ние слоем GaAs в условиях металлорганической газофазной эпитаксии / Н.В. Востоков, В.М. Данильцев, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, А.В. Мурель, В.И. Шашкин // Известия РАН. Серия физическая. 2004. - Т. 68. - № 1. - С. 55-57.

А42. Shashkin V.I. Incorporation of Mo and W nanoclusters into GaAs structures grown by MOCVD / V.I. Shashkin, B.N. Zvonkov, N.V. Vostokov, Yu.A. Danilov, Yu.N. Drozdov, A.V. Murel // Extended Abstracts of 11th European Workshop on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy. Lausanne, Switzerland, 5-8th June 2005. - P. 119121.

A43.Востоков Н.В. Формирование структур с нанокластерными слоями А1, внедрёнными в матрицу GaAs в процессе металлорганической газофазной эпитаксии / Н.В. Востоков, В.М. Данильцев, Ю.Н. Дроздов, Д.А. Пряхин, В.И. Шашкин, И.Ю. Шулешова // Письма в журнал технической физики. - 2007. - Т. 33. -В. 10.-С. 83-88.

А44.Данильцев В.М. Применение АСМ для исследования режимов эпитаксиального роста гетероструктур AlGaAs/GaAs / В.М. Данильцев, Н.В. Востоков, Д.М. Гапонова, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, А.В. Мурель, Д.А. Пряхин, О.И. Хрыкин, В.И. Шашкин // Материалы симпозиума "Нанофизика и

наноэлектроника". Нижний Новгород, 25-29 марта 2005 г. - С. 118-119.

А45.Востоков Н.В. О роли туннелирования в наноконтактах металл-полупроводник / Н.В. Востоков, В.И. Шашкин // Журнал экспериментальной и технической физики. - 2004. - Т. 126. - В. 1(7). -С. 1-7.

А46.Востоков Н.В. Электрические свойства наноконтактов металл-полупроводник / Н.В. Востоков, В.И. Шашкин // Физика и техника полупроводников. - 2004. - Т. 38. - В. 9. - С. 1084-1089.

А47. Востоков Н.В. Адмитанс и нелинейная емкость многослойной структуры металл-полупроводник / Н.В. Востоков, В.И. Шашкин // Физика и техника полупроводников. - 2008. - Т. 42. - В. 7. -С. 799-803.

А48.Востоков Н.В. Изучение свойств структур с нанокластерами А1, внедренными в матрицу GaAs / Н.В. Востоков, С.А. Гусев, В.М. Данильцев, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, А.И. Корытин, А.В. Мурель, В.И. Шашкин // Физика и техника полупроводников. -2005.-Т. 39.-В. 1.-Р. 92-95.

А49.Алешкин В.Я. Пикосекундная кинетика фотоносителей в арсе-ниде галлия с нанокластерами алюминия / В.Я. Алешкин, Н.В. Востоков, Д.М. Гапонова, В.М. Данильцев, А.А. Дубинов, З.Ф. Красильник, А.И. Корытин, Д.И. Курицын, Д.А. Пряхин, В.И. Шашкин // Физика и техника полупроводников. - 2007. - Т. 41. -В. 8.-С. 929-933.

А50.Данильцев В.М. Электронный транспорт через гетерограницу Al/GaAs(100): управление эффективной высотой барьера (0.7...0.1эВ) / В.М. Данильцев, А.В. Мурель, В.И. Шашкин, О.И. Хрыкин // Тезисы докладов II Российской конференции по физике полупроводников. Зеленогорск, 26 февраля - 1 марта 1996 г. - С. 47.

А51.Шашкин В.И. Управление эффективной высотой барьера в эпи-таксиальных структурах Al/n-GaAs, изготовленных в едином цикле МОГФЭ / В.И. Шашкин, А.В. Мурель, Ю.Н. Дроздов, В.М. Данильцев, О.И. Хрыкин // Микроэлектроника. - 1997. - Т. 26.-В. 1.-С. 57-61.

A52.Shashkin V.I. Schottky barrier height engineering for millimeter-wave diodes / V.I. Shashkin, V.M. Daniltsev, O.I. Khrykin, A.V. Murel, Yu.I. Chechenin, A.V. Shabanov // Proceedings of 1997 In-

ternational Semiconductor Device Research Symposium. Charlottesville, USA, December 10-13, 1997. - P. 147-150.

А53.Шашкин В.И. Управление характером токопереноса в барьере Шотгки с помощью 8-легирования: расчёт и эксперимент для Al/GaAs / В.И. Шашкин, А.В. Мурель, В.М. Данильцев, О.И. Хрыкин // Физика и техника полупроводников. -2002. - Т. 36. -В.5.- С. 537-542.

А54.Шашкин В.И. Диагностика низкобарьерных диодов Шоттки с приповерхностным 8-легированием / В.И. Шашкин, А.В. Мурель // Физика и техника полупроводников. - 2008. - Т.42. - В. 4. - С. 500-502.

A55.Shashkin V.I. Comment on "Schottky diodes with a 8-doped near-surface layer'' / V. Shashkin, A. Murel // Journal of Applied Physics. - 2004. - V. 95. -N 4. - P. 2190-2191.

A56.Шашкин В.И. Теория туннельного токопереноса в контактах металл-полупроводник с приповерхностным изотипным дельта-легированием / В.И. Шашкин, А.В. Мурель // Физика и техника полупроводников. - 2004. - Т. 38. - В. 5. - С. 574-579.

А57.Шашкин В.И. Диагностика микроволновых низкобарьерных детекторных диодов / В.И. Шашкин, А.В. Мурель // Материалы 17"ои международной микроволновой конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии", Крымико-2007. Севастополь, Крым, Украина, 10-14 сентября 2007 г. - С. 587588.

А58.Шашкин В.И. Вольт-амперная характеристика контакта металл-полупроводник с барьером Мотта / В.И. Шашкин, А.В. Мурель // Физика твёрдого тела. - 2008. - Т. 50. - В. 3. - С. 519-522.

А59. Шашкин В.И. Свойства контактов Мотта с ультра малым барьером металл-полупроводник / В.И. Шашкин, А.В. Мурель // Физика твёрдого тела. - 2008. - Т. 50.-В. 10.-С. 1883-1887.

А60. Шашкин В.И. Решение задачи инжекции носителей тока в изолирующий слой при самосогласованных граничных условиях на контактах / В.И. Шашкин, Н.В. Востоков // Физика и техника полупроводников. - 2008. - Т. 42. - В. 11. - С. 1339-1344.

А61. Shashkin V.I. Analytical solution for charge-carrier injection into an insulating layer in the drift diffusion approximation / V.I. Shashkin, N.V. Vostokov // Journal of Applied Physics. - 2008. - V. 104. - P. 123708.

А62.Шашкин В.И. Барьерные и инжекционные механизмы нелинейности тока в детекторных диодах Мотга / В.И. Шашкин, Н.В. Востоков, A.B. Мурель // Материалы XIII Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», г. Нижний Новгород, 16-20 марта 2009 г. - С. 167-168.

А63.Оболенский C.B. Токоперенос в диодах Мотта: эффекты горячих электронов / C.B. Оболенский, Н.В. Востоков, A.B. Мурель,

B.И. Шашкин // Материалы XIII Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», г. Нижний Новгород, 16-20 марта2009 г.-С. 320-321.

А64. Шашкин В.И. Обобщённая теория токопереноса в низкобарьерных диодах Мотта с приповерхностным дельта-легированием: сопоставление с экспериментом / В.И. Шашкин, A.B. Мурель // Материалы XIII Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», г. Нижний Новгород, 16-20 марта 2009 г. -

C. 398-399.

A65.Molodnyakov S.P. Submicron Planar Schottky Diodes for Submillimeter Wavelengths / S.P. Molodnyakov, V.l. Shashkin, L.V. Suk-hodoev, V.M. Daniltzev, A.S. Molodnyakov // Proceedings of 1993 International Semiconductor Device Research Symposium. Charlottesville, USA, December 1-3, 1993. - P. 377-380.

A66.Шашкин В.И. Планарные диоды с управляемой высотой барьера Шоттки для детекторов микроволнового излучения / В.И. Шашкин, B.JI. Вакс, В.М. Данильцев, A.B. Мурель, A.B. Масловский, О.И. Хрыкин, Ю.И. Чеченин, A.B. Шабанов // Материалы 8"ои международной микроволновой конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии", Крымико 1998. Севастополь, Крым, Украина, 14-17 сентября 1998 г. - С. 118120.

А67.Вакс B.JI. Автоматизированный стенд для измерения параметров диодных детекторов в миллиметровом диапазоне длин волн / B.JI. Вакс, В.М. Данильцев, A.B. Масловский, A.B. Мурель, О.И. Хрыкин, Ю.И. Чеченин, В.И. Шашкин, Ю.А. Дрягин // Материалы 1Г0И международной микроволновой конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии", Крымико 2001. Севастополь, Крым, Украина, 10-14 сентября 2001 г. - С. 592-593.

А68. Shashkin V.l. Planar Schottky Diodes with Low Barrier Height for Microwave Detector Application / V. Shashkin, Yu. Chechenin, V.

Danilt'tsev, О. Khrykin, A. Maslovsky, A. Murel, V. Vaks // Proceedings of 23rd International Conference on Microelectronics, MIEL 2002. Nis, Yugoslavia, May 12-15,2002. - P. 335-338.

А69.Шашкин В.И. Микроволновые детекторы на основе низкобарьерных планарных диодов Шоттки и их характеристики / В.И. Шашкин, B.JI. Вакс, В.М. Данильцев, А.В. Масловский, А.В. Мурель, С.Д. Никифоров, Ю.И. Чеченин // Известия вузов. Радиофизика. - 2005. - Т. 48. - № 6. - С. 544-551.

А70.Шашкин В.И. Характеристики микроволновых детекторов на основе низкобарьерных планарных диодов Шоттки / В.И. Шашкин, B.JI. Вакс, В.М. Данильцев, А.В. Масловский, А.В. Мурель, С.Д. Никифоров, Ю.И. Чеченин // Материалы 15"ои международной микроволновой конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии", Крымико-2005. Севастополь, Крым, Украина, 12-16 сентября 2005 г. - С. 631-632.

А71.Шашкин В.И. Детекторы с низкобарьерными диодами Шоттки для матричных систем видения миллиметрового диапазона / В.И. Шашкин, В.Р. Закамов, А.В. Мурель, Ю.И. Чеченин, Ю.А. Дрягин, С.В. Кривое, JI.M. Кукин // Материалы 16"ои международной микроволновой конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии", Крымико-2006. Севастополь, Крым, Украина, 11-15 сентября 2006 г. - С. 161-162.

A72.Shashkin V.I. Millimeter-Wave Detector on the Basis of Low-Barrier Schottky Diodes and a Planar Slot Antenna / V.I. Shashkin, Y.A. Drjagin, V.R. Zakamov, S.V. Krivov, L.M. Kukin, A.V. Murel, Y.I. Chechenin // Conference Digest of the 2006 Joint 31st International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 14th International Conference on Terahertz Electronics. Shanghai, China, September 18-22, 2006.-P. 400.

A73.Shashkin V.I. Planar Antenna-coupled Detector for Matrix Systems of Millimeter Wave Imaging / V.I. Shashkin, V.R. Zakamov, A.V. Murel, Y.I. Chechenin // Proceedings of 6th International Conftrence on Antenna Theory and Techniques, ICATT'07. Sevastopol, Ukraine, September 17-21, 2007. - P. 351-353.

A74. Shashkin V.I. Millimeter-wave Detectors Based on Antenna-coupled Low-barrier Schottky Diodes / V.I. Shashkin, Yu.A. Drjagin, V.R.

Zakamov, S.V. Krivov, L.M. Kukin, A.V. Mürel, Y.I. Chechenin // International Journal of Infrared and Millimeter Waves. - 2007.- V. 28.-N 11.-P. 945-952. А75.Шашкин В.И. Низкобарьерные детекторы субтерагерцового диапазона на основе структур металл-полупроводник с приповерхностным дельта-легированием / В.И. Шашкин // Тезисы докладов VIII Российской конференции по физике полупроводников. Екатеринбург, 30 сентября - 5 октября 2007г. - С. 384. А76. Шашкин В.И. Планарные детекторы для многоэлементных систем радиовидения миллиметрового диапазона длин волн / В.И. Шашкин, Ю.А. Дрягин, В.Р. Закамов, C.B. Кривов, Л.М. Кукин,

A.B. Мурель, Ю.И. Чеченин // Известия вузов. Радиофизика. -2007.-Т. 51.-№ 12.-С. 1077-1087.

А77. Алкеев Н.В. Дробовый шум диодов Шотгки с пониженной высотой барьера / Н.В. Алкеев, C.B. Аверин, A.A. Дорофеев, В.И. Шашкин // Радиотехника и электроника. - 2008. - Т. 53. - № 2. -С. 250-254.

А78.Закамов В.Р. Использование линейки планарных детекторов для формирования изображений при просвечивании предметов излучением миллиметрового диапазона длин волн / В.Р. Закамов,

B.И. Шашкин, A.B. Мурель // Материалы XII Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника». Нижний Новгород, 10-14 марта 2008 г. - С. 479-480.

А79.Закамов В.Р. Планарные детекторы для матричных систем видения в миллиметровом диапазоне длин волн / В.Р. Закамов,

B.И. Шашкин, A.B. Мурель // Тезисы докладов XX Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. Москва, Россия, 27-30 мая 2008 г. -

C. 33-34.

А80.Закамов В.Р. Исследования диодов с пониженной высотой барьера Al/GaAs в трёхмиллиметровом диапазоне частот / В.Р. Закамов, В.И. Шашкин // Тезисы докладов радиоастрономической конференции «Повышение эффективности и модернизация радиотелескопов». п. Нижний Архыз, Карачаево-Черкессия, 22-27 сентября2008 г.-С. 41. А81.Радзиховский В.Н. Применение низкобарьерных детекторных диодов Шоттки в широкополосном радиометре 3 мм диапазона /

В.Н. Радзиховский, С.Е. Кузьмин, В.Б. Хайкин, C.B. Шлезнин, В.Р. Закамов, В.И. Шашкин // Тезисы докладов радиоастрономической конференции «Повышение эффективности и модернизация радиотелескопов», п. Нижний Архыз, Карачаево-Черкессия, 22-27 сентября 2008 г. - С. 71.

А82. Закамов В.Р. Модифицированные щелевые антенны миллиметрового диапазона длин волн на подложках с высокой диэлектрической проницаемостью / В.Р. Закамов, JI.M. Кукин, C.B. Кривое, В.И. Шашкин // Известия вузов. Радиофизика. - 2008. -Т. 51.-№10.-С. 864-871.

А83.Закамов В.Р. Исследования диодов с пониженной высотой барьера в планарном смесителе миллиметрового диапазона длин волн / В.Р. Закамов, В.И. Шашкин // Материалы XIII Международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», г. Нижний Новгород, 16-20 марта 2009 г., С. 348-349.

Шашкин Владимир Иванович

НЕЛИНЕЙНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ ЭФФЕКТЫ В СЕЛЕКТИВНО ЛЕГИРОВАННЫХ ГIIЕ РОЭ И ИТАКС И А ЛЬ Н ЫХ МИКРОСТРУКТУРАХ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК

Автореферат

Подписано к печати 18.05.2009 г. Тираж 100 экз. Отпечатано на ризографе в Институте физики микроструктур РАН, 603950, г. Нижний Новгород, ГСП-105

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ГЕТЕРОЭПИТАКСИАЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ 19 АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ С ПЛАНАРНЫМИ ИНТЕРФЕЙСАМИ, РЕЗКИМ ИЗМЕНЕНИЕМ СОСТАВА И ЛЕГИРОВАНИЯ

1.1. Введение

1.2. Метод металлоорганической газофазной эпитаксии и брюстеровская 22 рефлектометрия ростовой поверхности

1.3. Металлоорганическая газофазная эпитаксия тонких гетерослоёв с 36 атомарно гладкими и атомарно резкими интерфейсами

1.4. Методики восстановления тонкой структуры легирования 51 полупроводников на основе вольт-фарадных измерений в процессе электрохимического травления

1.5. Получение предельно резких профилей распределения примеси при 60 дельта-легировании

1.6. Глубокие состояния в дельта-легированном кремнием ОаАэ

1.7. Гетероэпитаксиальные полупроводниковые слои 1пОаАз, ОаАэК и 79 1пОаАзЫ на подложках ОаАэ

1.8. Выводы

ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУР МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК В

УСЛОВИЯХ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКОЙ ГАЗОФАЗНОЙ ЭПИТАКСИИ

2Л. Введение

2.2. Основные закономерности процесса осаждения плёнок алюминия на 96 атомарно чистую поверхность ОаАэ

2.3. Микроструктура плёнок алюминия, осаждённых на ОаАз(100)

2.4. Электрические свойства алюминиевых пленок и контактов А1/п-ОаАз

2.5. Формирование металлических нанокластеров на ростовой поверхности 123 ОаАв и их эпитаксиальное заращивание

2.6. Формирование нанокластеров Мо и при лазерном распылении 133 мишеней в процессе МОГФЭ ОаАя

2.7. Оптимизация процесса заращивания нанокластеров алюминия

2.8.Выводы

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ И КИНЕТИКА НОСИТЕЛЕЙ ТОКА В 146 НАНОСТРУКТУРАХ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК

3.1. Введение

3.2. Модельные представления об электрических свойствах наноконтактов 148 металл-полупроводник

3.3. Роль туннелирования в наноконтактах металл-полупроводник

3.4. Адмитанс и нелинейная ёмкость многослойной структуры металл- 166 полупроводник

3.5. Фототок и кинетика отражения света в многослойной структуре 176 нанокластеров алюминия в матрице ОаАэ

3.6. Пикосекундная кинетика фотолюминесценции в арсениде галлия с 182 нанокластерами алюминия

3.7. Выводы

ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ В МИКРОСТРУКТУРАХ МЕТАЛЛ- 195 ПОЛУПРОВОДНИК С ДЕЛЬТА-ЛЕГИРОВАНИЕМ ВБЛИЗИ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА

4.1. Введение

4.2. Управление эффективной высотой барьера в контактах Al/GaAs при 198 дельта-легировании вблизи границы

4.3. Теория туннельного токопереноса в контактах металл-полупроводник с 214 приповерхностным изотипным дельта-легированием

4.4. Феноменологический подход к диагностике низкобарьерных диодов 225 металл-полупроводник с приповерхностным изотипным дельта-легированием

4.5. Вольт-амперные и ёмкостные характеристики контакта металл- 230 полупроводник с барьером Мотта: влияние пространственного заряда

4.6. Решение задачи ипжекции носителей тока в слаболегированный 242 полупроводниковый слой при самосогласованных граничных условиях на контактах

4.7. Обобщённая теория токопереноса в низкобарьерных диодах: 259 сопоставление с экспериментом

4.8. Выводы

ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ НИЗКОБАРЬЕРНЫХ ДИОДОВ В

ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ПРИЁМНИКАХ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

5.1. Введение

5.2. Методика изготовления и характеристики планарно-ориентированных 271 диодов Шоттки с субмикронным анодом

5.3. Разработка низкобарьерных планарных диодов Мотта для 285 миллиметрового диапазона длин волн

5.4. Характеристики детектирования в волноводных камерах с 288 низкобарьерными диодами Мотта

5.5. Шумовые характеристики низкобарьерных диодов Мотта

5.6. Детектор миллиметрового диапазона длин волн на основе 304 низкобарьерного диода, включённого в планарную антенну

5.7. Взаимное влияние планарных детекторов при их близком расположении в 325 плоскости

5.8. Матричный детекторный приёмник плотной компоновки для систем 329 видения миллиметрового диапазона длин волн

5.9. Пути повышения чувствительности и увеличения рабочих частот 341 матричных приёмников на основе низкобарьерных диодов

5.10. Выводы

Актуальность темы исследования

Продуктивность идеи использования искусственного мелкомасштабного потенциала, воздействующего на свободные носители заряда в полупроводниках, для конструирования и наблюдения новых физических эффектов уже долгое время не вызывает сомнений. Сопутствующей,технологической тенденцией была миниатюризация элементов твердотельной электроники, обеспечившая одновременное улучшение быстродействия и других параметров приборов. С течением времени фундаментальные и прикладные аспекты исследований сблизились. Это объединение ряда дисциплин оказалось успешным и привело к возникновению направлений, которые известны сейчас, как «физика полупроводниковых микроструктур», «нанофизика» и «наноэлектроника».

Но в начале была технология. На мой взгляд, старт этих событий был связан с появлением в 70"ые годы и быстрым прогрессом в 80"ь,е прошлого века технологии молекулярно-пучковой' эпитаксии (МПЭ) [1, 2]. Именно МПЭ сделала реальностью получение многих гетероструктур и сверхрешёток. Однако, справедливости ради нужно заметить, что в цитированных книгах уже были статьи про альтернативную технологию гетероэпитаксиального роста полупроводниковых гетероструктур — метод металлоорганической газофазной эпитаксии (МОГФЭ). Более подробно метод описан в [3]. Долгое время технология МПЭ лидировала в получении гетероструктур с рекордными параметрами, а в условиях МОГФЭ только воспроизводили уже полученные результаты. В последнее время технология МОГФЭ выходит вперёд, например, в задачах получения новых широкозонных нитридов. Одной из причин ускоренного прогресса МОГФЭ являются большие средства, которые вкладываются в МОГФЭ, как более производительную технологию, для реализации без задержек массового производства новых структур опто- и микроэлектроники.

Очевидно, что характерный масштаб потенциала, который необходимо сформировать для проявления выраженных квантовых эффектов туннелирования и размерного квантования, должен быть сопоставим с длиной волны де Бройля в полупроводнике. Можно сделать оценку пространственного масштаба из других соображений, исходя из задачи о туннелировании электронов через потенциальный барьер, и использовать условие, чтобы туннельная компонента тока превосходила термоэмиссионную (надбарьерную) компоненту тока. Эта задача имеет аналитическое решение для различных потенциальных барьеров и, в частности, для барьера треугольной формы [4]. Полагая для оценок температуру комнатной и выбирая в качестве полупроводника арсенид галлия, получаем, что характерный масштаб потенциалов должен быть менее 10 нм. Очевидно, что резкость изменения потенциала и точность' его воспроизведения должна быть ещё более высокой, так как без этого невозможно добиться воспроизводимости транспортных характеристик при туннелировании. На момент начала работ по теме диссертации (в середине 90"ыч годов прошлого века) были определённые сомнения в возможности решить эту задачу, как в условиях МПЭ, так и МОГФЭ [5, 6].

В данной работе МОГФЭ является базовой технологией для изготовления необходимых микро- и наноструктур на основе арсенида галлия. Арсенид галлия выбран в качестве материала из-за высоких значений подвижности, дрейфовой скорости электронов, больших полей пробоя и других характеристик, способствующих реализации изучаемых физических эффектов в области высоких частот [7]. Для формирования потенциальных барьеров в ОаАэ удобно использовать АЮаАэ, выбор материала для потенциальных ям менее очевиден [3]. Тройное соединение ТпваАз подходит при малых концентрациях индия и небольшой толщине слоев, до тех пор, пока не проявляются эффекты релаксации* упругих напряжений путём генерации дефектов1 или трансформации слоя-в массив квантовых точек. Эти эффекты нежелательны, они нарушают планарность поверхности, что приводит к неоднородности поперечного тока и большому разбросу транспортных характеристик. Добавление азота в ¡аваЛя снижает упругие напряжения в слое (и может даже изменить их знак), но одновременно приводит к метастабильности четверного соединения ¡пОаЫАэ и склонности его к локальным нарушениям фазового состава [8].

Другим способом формирования резкого потенциального рельефа является 5-легирование [1, 9]. Речь идёт о расположении атомов примеси в полупроводнике в идеальном случае в одной плоскости, точнее - в пределах одного монослоя кристаллической решётки. В этж условиях возникает самосогласованный потенциал доноров, удерживающих подвижные электроны. Распределение потенциала можно сделать несимметричным, если поместить 5-слой в полупроводнике вблизи границы с металлом: При этом концентрацией электронов в 5-слое можно управлять за счёт изменения напряжения между металлом и омическим контактом, расположенным в I глубине полупроводника. При сближении 5-слоя и* металлического контакта, на расстояниях <10 нм становятся заметными туннельные переходы через приповерхностный

1 ? о потенциальный барьер. При высоком уровне легирования (>10 см ) 5-слой эффективно экранирует приповерхностное электрическое поле, скачок напряжённости при переходе через плоскость легирования может быть больше 0,1 В/нм. Таким образом, введение в структуру металлического контакта и 5-легирование полупроводника дают дополнительные возможности формирования очень резкого потенциального рельефа.

Осаждение металла на атомарно чистую ростовую поверхность следует проводить сразу после процесса эпитаксии, без выноса полупроводниковой структуры на воздух. Только это может гарантировать формирование барьера Шоттки без промежуточных слоев окислов и загрязнений границы металл-полупроводник (МП) [10]. Эта задача естественным образом решается в условиях МПЭ [1]. Осаждение металла в условиях МОГФЭ является более сложным процессом, который должен сопровождаться химической гетерогенной реакцией разложения металлоорганического соединения (МОС) на поверхности полупроводника для освобождения.металла из этого летучего соединения [3]. Очевидным следствием этого процесса является возможность загрязнения металлической плёнки органическими составляющими МОС, в первую очередь -углеродом. При повышенных температурах могут проявляться эпитаксиальные процессы, и возрастает вероятность хемоэпитаксиальных эффектов, приводящих к образованию на границе МП промежуточных слоев, отличающихся от материала полупроводниковой подложки и покрывающей плёнки металла. Поэтому в условиях МОГФЭ могут быть отличия на стадиях зарождения островков металлической плёнки и их коалесценции, что в конечном итоге может проявляться в структуре осаждённой плёнки и свойствах контакта МП.

Контроль островковой стадии формирования металлической плёнки представляет отдельный интерес. На этой стадии, на поверхности полупроводника возникает массив малых металлических частиц с размерами в диапазоне 1-й00 нм [11]. Прерывая осаждение металла, можно получить двумерный массив металлических нанокластеров (наноостровков), которые одновременно являются наноконтактами МП. Можно надеяться, что при определённых условиях возможно возобновление эпитаксиального роста полупроводника и полное заращивание металлических нанокластеров. При многократном повторении этих процессов осаждения металлических островков и их заращивания полупроводником формируется трехмерный массив металлических нанокластеров, которые могут быть ответственными за разнообразные физические явления [11, 12]. Примером подобного материала является ОаАэ с нанокластерами мышьяка или полуметаллическими наночастицами ЕгАэ, которые используются как сверхбыстрые фотопроводники в системах генерации терагерцового излучения при межзонном оптическом возбуждении образцов [13].

При осаждении толстых металлических слоев возникает планарный контакт МП [1, 10]. Его свойства можно модифицировать путём 5-легирования и' введения дополнительных полупроводниковых гетерослоёв вблизи границы раздела МП. Почему это может представлять интерес? Очевидный ответ состоит в том, что такой контакт обладает сильно нелинейной' вольт-амперной характеристикой (ВАХ), которой можно управлять за счёт параметров гетероструктуры (в общем случае - варизонной) и 5-легирования. Если не проводить легирование базового слоя* между металлом и областью омического контакта, то возникает барьер, описанный<Моттом [14, 15].

При наличии 5-легирования характер токопереноса усложняется. Наряду с барьерной нелинейностью, могут проявляться эффекты, связанные с инжекционными токами и пространственным зарядом-в базовом слое [16]. При увеличении поверхностной концентрации примеси в 5-слое снижается роль барьерной нелинейности, уменьшается

11 эффективная высота барьера и в предельном случае очень сильного 5-легирования (~10 л см ) барьерная нелинейность пропадает и возникает омический контакт между металлом и электронным газом в 5-слое [9]. В этом случае ВАХ контакта МП полностью определяется инжекционными токами в объёме полупроводника. Можно ожидать, что предлагаемый путь «вычитания» из барьера Мотта (или Шоттки) электростатического потенциала обеднённого 5-слоя позволит получить малые эффективные высоты барьеров (порядка тепловой энергии кТ) с высокой однородностью по площади. Попытки реализовать такие малые барьеры для электронов только с помощью 5-легирования (акцепторной примесью) приводят к неоднородным контактам из-за дискретного характера легирования удалёнными друг от друга атомами примеси.

Другим важным свойством контактов МП с 5-легированием является малая инерционность установления тока при изменении напряжения, что позволяет разрабатывать на основе этих структур высокочастотные диоды. Наиболее продолжительным временным масштабом транспорта электронов оказывается время их дрейфово-диффузионного прохождения через базовую область, где присутствует небольшое электрическое поле. Однако, при толщине этой области £)«100 нм это время достаточно мало ~1 пс [7, 15]. Другое ограничение быстродействия связано с конечной добротностью диода, как двухполюсника с дополнительными паразитными элементами. Это сопротивление* в цепи вне контакта МП п базовой области и параллельная шунтирующая ёмкость [7, 15]. И в этом отношении предлагаемая структура диода представляется целесообразной. Металлический анодный контакт может иметь малую площадь, а площадь омического контакта может быть увеличена за счёт пространственной геометрии с растеканием тока. За счёт этого, последовательное сопротивление может быть меньше, чем в конструкциях низкобарьерных диодов с варизонными, планарно-легированными или туннельными барьерами, которые имеют хотя бы один полупроводниковый омический контакт с малой площадью [1, 17]. Одновременно, добавление базовой области за туннельным барьером на границе МП приводит к уменьшению шунтирующей ёмкости, по сравнению с низкобарьерными туннельными диодами [17], где туннелирование происходит между сильнолегированными полупроводниковыми слоями.

Диоды с пониженной эффективной высотой барьера и малой инерционностью отклика представляют очевидный интерес для приёма и преобразования высокочастотных сигналов суб- и терагерцового диапазонов частот [18]. Низкобарьерные диоды могут использоваться для детектирования без постоянного смещения, что снижает уровень шумов и увеличивает чувствительность приёмника [19]. Другие области применения - это эффективное смешение и умножение частот сигналов при относительно малых уровнях мощности накачки: Указанные свойства низкобарьерных диодов приобретают принципиальное значение при построении многоэлементных приёмников, которые могут обеспечить решение задач радиовидения в реальном масштабе времени в диапазонах частот 100 ГГц и более высокочастотных [19-21]. Ожидается, что с помощью подобных систем радиовидения будут решены многие фундаментальные и. прикладные задачи, построены практически важные системы гражданского и военного назначения [19, 21].

Таким образом, адекватная постановка и решение задач во всех этих областях оказывается возможной только при координировании усилий в технологии полупроводниковых гетероструктур, в теории эмиссионных, туннельных и инжекционных явлений в микроструктурах, в постановке оригинальных физических экспериментов и в разработке перспективных приборов микроэлектроники.

Объектом исследования в данной работе являются селективно легированные гетероэпитаксиальные микро- и наноструктуры металл-полупроводник на основе соединений А1-1п-Оа-АБ-К .

Предметом исследования являются нелинейные транспортные явления при эмиссии, туннелировании и инжекции электронов в гетероэпитаксиальных микро- и наноструктурах металл-полупроводник.

Цель диссертационной работы состояла:

- в развитии технологии МОГФЭ, обеспечивающей получение атомарно резких профилей состава и легирования в гетероструктурах А3В5 на основе соединений А1-1п-Оа-Аз-№ и осаждение на ростовую поверхность металла;

- в разработке методик формирования в условиях МОГФЭ многослойных массивов металлических нанокластеров, встроенных в монокристаллическую полупроводниковую матрицу;

- в экспериментальных исследованиях и построении физических моделей для полупроводниковых наноструктур с металлическими нанокластерами;

- в экспериментальных и теоретических исследованиях туннельных, эмиссионных и инжекционных транспортных явлений в селективно легированных микроструктурах МП;

- в разработке и изготовлении на основе селективно легированных микроструктур МП низкобарьерных диодов, обеспечивающих высокую чувствительность при приёме излучения миллиметрового диапазона длин волн.

Научная новизна

1. На основе вольт-фарадных (СУ) измерений в процессе электрохимического травления разработан метод восстановления профиля легирования полупроводников непосредственно от поверхности и с высоким пространственным разрешением на масштабах, меньших радиуса дебаевского экранирования.

2. Показано, что при пиролизе металлорганических соединений А1 и лазерном распылении Мо и¥в реакторе МОГФЭ, на атомарно чистой поверхности ОаАз на начальных стадиях происходит формирование металлических нанокластеров с размерами ~10 нм, после чего возможно возобновление эпитаксиального роста ОаАБ. При многократном повторении процессов получены многослойные нанокластерные структуры.

3. Получено аналитическое решение задачи о поперечном инжекционном токе в нелегированном полупроводниковом слое с любой комбинацией контактов: с металлом, с легированным полупроводником или с гетерослоем, ограничивающим инжекцию.

4. С использованием техники ¿»-легирования и осаждения А1 в реакторе МОГФЭ ( показана возможность снижения эффективной высоты барьера контакта А1/п-ОаАз в пределах от 0,7 до 0 эВ.

5. На основе микроструктур МП с пониженной эффективной высотой барьера изготовлены планарные диоды, которые обеспечивают высокочувствительное детектирование и эффективное преобразование сигналов миллиметрового диапазона длин волн.

Практическая значимость

1. На основе комплексного подхода, объединяющего эпитаксиальную (вертикальную) и микроэлектронную (планарную) технологии формирования микроструктур, разработаны и изготовлены мембранные планарные диоды Шоттки с субмикронными размерами анода, обеспечивающие эффективное преобразование частот в субтерагерцовом диапазоне (0,1-И ТГц).

2. Разработаны и изготовлены уникальные низкобарьерные диоды для < детектирования без постоянного тока смещения и эффективного смешения сигналов при пониженной мощности гетеродина. Измеренные характеристики превосходят или соответствуют лучшим из известных аналогов. В частности, для планарного детектора на 94 ГГц величина вольт-ваттной чувствительности у> 10000 В/Вт при пороговой мощности ЫЕР~10"12 Вт Гц"1/2.

3. Планарные детекторы диапазона длин волн Я«3 мм допускают плотную компоновку в плоскости при слабом взаимовлиянии. Приёмная линейка из восьми планарных детекторов, расположенных в ряд с периодом ЗЯ/2, позволила регистрировать поляризационно-чувствительные изображения объектов при просвечивании. Это доказывает работоспособность матричного приемника плотной компоновки и перспективность его применения в системах радиовидения.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Для гетероструктур на основе соединений АЫп-Оа-Аз-К метод МОГФЭ обеспечивает изменение состава и легирование с атомарной резкостью, получение атомарно гладких интерфейсов и осаждение металла без формирования промежуточных слоев, что позволяет управлять туннельной прозрачностью контактов МП.

2. Полученный методом МОГФЭ искусственный материал, монокристаллический полупроводниковый ОаАй с внедренными нанокластерными слоями А1, обладает пикосекундной временной динамикой отклика на межзонное оптическое возбуждение.

3. Модельное описание электрических свойств наноконтактов с барьером Шоттки, свидетельствует о возрастании туннельной компоненты тока при уменьшении их размеров и малой инерционности нелинейных емкостных эффектов, сопровождающих их перезарядку, вплоть до терагерцовых частот.

4. Дельта-легирование кремнием слоя СаАэ вблизи границы с алюминием позволяет управлять эффективной высотой барьера контакта МП в диапазоне 0,7^-0,2 эВ при сохранении небольших значений^ фактора идеальности <1,5 и сопоставимых характеристиках нелинейности ВАХ при нулевых напряжениях смещения.

5. Обобщённая эмиссионно-днффузионная теория, учитывающая одновременно туннельные процессы вблизи границы МП и ток инжекции в базовом [-слое, с, достаточной точностью описывает ВАХ низкобарьерных диодов Мотта.

6. Низкобарьерные диоды Мотта с 8-легированием вблизи границы МП обеспечивают рост чувствительности при детектировании в режиме без тока смещения и * '• эффективное смешение сигналов при пониженной мощности гетеродина.

7. Планарные детекторы на основе микрополосковых щелевых антенн, с включёнными в них низкобарьерными диодами, сохраняют направленность и * чувствительность при плотной компоновке в матричном приёмнике.

Личный вклад автора'

При выполнении работы автором сделан определяющий вклад в постановку задач исследования электронных транспортных эффектов в микроструктурах металл-полупроводник, развитие методик гетероэпитаксиального роста и селективного легирования структур, анализ и интерпретацию экспериментальных данных, решение модельных теоретических* задач.

Апробация работы

Основные результаты были представлены и обсуждены на — Российской конференции с участием зарубежных учёных «Микроэлектроника-94» (Звенигород, 1994 г.); совещаниях «Нанофотоника» (Нижний Новгород - 1999, 2000, 2001, 2003 и 2004 г.);

8th, 10th and 11th European Workshops on Metalorganic Vapour Phase Epitaxy (Prague -1999, Lecce - 2003, Lausanne - 2005);

International Workshops "Scanning probe microscopy" (Nizhny Novgorod - 2001, 2002, 2003);

I, II, III, V, VI и VIII Российских конференциях по физике полупроводников (Нижний Новгород - 1993 г., Зеленогорск - 1996 г., Москва - 1997 г., Нижний Новгород - 2001 г., Санкт-Петербург - 2003 г., Екатеринбург - 2007 г.); International Symposia "Nanostructures: Physics and Technology" (St.-Petersburg -1996,1997);

International Symposia on Compound Semiconductor (St.-Petersburg - 1996, 1997); 10th International Conference on Superlattices, Microstructures, and Microdevices (Lincoln, 1997);

2nd VDE World Micro Technologies Congress - MICRO.tec (Munich, 2003); международных конференциях "Оптика, оптоэлектроника и технологии" (Ульяновск - 2001,2002, 2003 г.);

4th International Conference On Photo-Excited Processes and Applications (Lecce, 2004); Всероссийской научно техническая конференция "Электроника и Информатика" (Зеленоград, 1995 г.); совещании "Зондовая микроскопия" (Нижний Новгород, 2000 г.); симпозиумах "Нанофизика и наноэлектроника" (Нижний Новгород - 2007, 2008,

2009 г.);

International Semiconductor Device Research Symposia (Charlottesville - 1993, 1997); 8"ой, 11"°й, 15"°й, 16~°й и 17"ои международных микроволновых конференциях "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (Севастополь - 1998, 2001, 2005, 2006, 2007 г.);

7"°й Российской конференции "Арсенид галлия", "GaAs-99" (Томск, 1999 г.); 23rd International Conference on Microelectronics (Nis, 2002);

Joint 31st International Conference on Infrared and Millimeter Waves and 14th

International Conference on Terahertz Electronics (Shanghai, 2006);

6th International Conference on Antenna Theory and Techniques (Sevastopol, 2007);

Международной научно-технической конференции по' фотоэлектронике и приборам ночного видения (Москва, 2008 г.); радиоастрономической конференции «Повышение эффективности и модернизация радиотелескопов» (п. Нижний Архыз, 2008 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 113 работ, из них - 49 статей в отечественных и зарубежных рецензируемых журналах, 64 работы - в сборниках материалов и трудов конференций.

Структура н объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, трёх приложений, списка цитированной литературы (164 наименования) и списка публикаций автора по теме диссертации. Общий объем диссертации составляет 402 страницы. В диссертации содержится 160 рисунков и 11 таблиц.

5.10. Выводы

В пятой главе представлены результаты исследований высокочувствительных приёмников на основе планарных диодов с контактами металл-полупроводник. Возможность управления эффективной высотой барьера контакта за счёт приповерхностного ¿»-легирования позволила создать диоды с уникальными характеристиками, способными реализовать высокочувствительный режим детектирования без постоянного напряжения смещения и эффективное смешение сигналов при пониженной мощности гетеродина. Эти результаты имеют принципиальное значение для практической реализации матричных систем видения в субтерагерцовом диапазоне частот.

Сформулируем основные результаты работ, представленных в данной главе.

На основе комплексного подхода, объединяющего эпитаксиальную (вертикальную) и микроэлектронную (планарную) технологии формирования микроструктур, изготовлены, мембранные планарные диоды Шоттки с субмикронными размерами анода. Планарные диоды обеспечивали преобразование сигналов в субтерагерцовом диапазоне частот (0,1*1 ТГц) с эффективностью, сопоставимой с лучшими "известными результатами для' неохлаждаемых планарных диодовШотгки.

На основе микроструктур металл-полупроводник с пониженной эффективной о высотой барьера изготовлены планарные диоды с площадью анода (около 10 мкм ), малой

•у удельной ёмкостью (менее 1 фФ/мкм ) и значениями, дифференциального сопротивления при нулевом напряжении смещения 0,4*1000 кОм. Применение диодов для детектирования в коротковолновой части миллиметрового диапазона длин волн обеспечивает высокочувствительный приём излучения' без использования постоянного смещения. При детектировании сигналов в волноводной камере в широкой полосе 80*140 ГГц измерены значения вольт-ваттной чувствительности 1000 В/Вт и пороговой мощности ЖР<10"П ВтТц"1/2. Лучшие характеристики! на выделенных частотах диапазона ^5000 В/Вт и ЖР«3*6-10"12 Вт-Гц 1/2.

При использовании оптимизированной платы согласования* низкобарьерных диодов в широкополосном радиометре трехмиллиметрового диапазона измерены рекордные значения у> 10000 В/Вт во всей полосе 76*105 ГГц. Это соответствует лучшим мировым результатам для неохлаждаемых детекторов, работающих без смещения.

Проведены исследования спектральной плотности шумов низкобарьерных диодов. Определена зависимость фактора Фано Б от протекающего через диод тока. Фактор Фано уменьшается с ростом тока и при-токах смещения более 1 мА приближается к значению 1, свидетельствующему о дробовом характере шума. При стремлении тока смещения к нулю шумы низкобарьерных диодов приобретают тепловой характер и их спектральная плотность согласуется с формулой Найквиста.

Проведены теоретические и экспериментальные исследования планарных детекторов на основе модифицированных микрополосковых щелевых антенн, с непосредственно включёнными в неё низкобарьерными диодами. Антенны изготовлены на основе фольгированных диэлектриков «Иос^еге» с низкой диэлектрической проницаемостью 8=2,2 и имеют внешние размеры, сравнимые с длиной волны X. Антенны обеспечивают высокую направленность и эффективность в миллиметровом диапазоне длин волн за счет малых потерь мощности на возбуждение поверхностных волн.

Проведены экспериментальные исследования характеристик детектирования для1 диодов с дифференциальными сопротивлениями в диапазоне /?</=0,4-^1000> кОм при нулевом смещении. Планарные детекторы, имели резонансные частоты вблизи 94 ГГц при-ширине полосе приёма около 8 ГГц. Проведено сопоставление данных экспериментов с результатами расчётов в простой модели детектора. Установлено, что обеспечивается согласование диодов»с антенной и вольт-ваттная чувствительность у принимает значения более 10000 В/Вт для диодов с ^20-100 кОм-при ЖР«2-10'12 Вт Гц"172. Лучшие значения ИЕР^Ш12 Вт Гц"1/2 отвечают у~7000 В/Вт при меньших /¿¿=2-^-6 кОм.

Показано,, что модифицированная^ щелевая антенна с внешними размерами, сравнимыми- с "к/(ет)т (ет=(б+1)/2 — эффективная диэлектрическая проницаемость), допускает использование полуизолирующей подложки ОаАэ с высокой диэлектрической проницаемостью (£=13) при сохраненении достаточно высокого коэффициента направленного действия антенны на резонансной- частоте- (~10). Измеренные значения вольт-ваттной чувствительности у таких планарных детекторов'с резонансными частотами

94^-97 ГГц примерно в два раза ниже, чем у детекторов на фольгированных диэлектриках

Яос^егБ», 8=2,2). Это позволяет сделать вывод о перспективности разработки интегральной технологии создания планарных детекторов с модифицированной »щелевой антенной.

Исследования по взаимному влиянию планарных детекторов показали возможность их плотной компоновки,с периодом ЗУ2. Установлено, что в диаграммах направленности линеек антенн с последовательным расположением щелей происходят минимальные изменения. Для линеек с параллельной ориентацией щелей между антеннами существует заметное взаимное влияние. Для минимизации взаимного влияния предложено использовать дополнительные штыри, смонтированные на металлическом экране. Штыри не влияют на приём при нормальном падении излучения, а для волн вдоль плоскости они являются эффективными рассеивателями или рефлекторами.

Изготовлена приёмная линейка из восьми планарных детекторов, расположенных в< ряд с периодом 31/2. При просвечивании различных объектов излучением с частотой 94 ГГц (вблизи резонансной частоты детекторов) регистрировалась интенсивность электромагнитного излучения в плоскости за объектом путём механического перемещения приёмной линейки с шагом 31/2 или 31/4. Получены поляризационно-чувствительные изображения объектов, картины дифракции и интерференции. Анализ картины дифракции в области тени позволяет оценить пространственное разрешение в плоскости. Лучшие значения разрешения составляют ~2Х. при минимальных расстояниях от объекта до плоскости сканирования и шагах перемещения ЗХ./4.

Проведены эксперименты по преобразованию сигнала с частотой 94 ГГц в сигнал промежуточной частоты (700 МГц) в планарном приёмнике на основе модифицированной щелевой антенны с включённым в неё низкобарьерными диодами с дифференциальными сопротивлениями Я^2+9 кОм при нулевом смещении. Использовались две схемы согласования с входом усилителя промежуточной частоты (50 ом), рассчитанные на эквивалентные сопротивления диода при накачке 1 и 2,2 кОм. Лучшие результаты показывают диоды с Я^З+Э кОм: потери преобразования г]«-16-=-12,5 дБ при существенно меньших значениях мощности гетеродина (10^40 мкВт) в сравнении с обычными смесительными диодами.

В диссертации получены следующие основные результаты.

Развит метод брюстеровской рефлектометрии, предназначенный для оптического мониторинга в реальном масштабе времени газовой фазы и ростовой поверхности полупроводников А3В5 с монослоевым разрешением в условиях МОГФЭ. Оптические измерения позволяют оценить: характерные времена процессов пиролиза арсина и десорбции мышьяка; темп сегрегации индия и нарушения морфологии поверхности.

Проведены исследования планарности интерфейсов, дефектообразования и резкости гетеропереходов в структурах 1п6аАз/ОаА5. Установлено, что при увеличении толщины слоев ¡пОаАБ. критерием образования дислокаций служит резкий рост шероховатости поверхности структуры. Снижение температуры роста с 600 до 500°С и использование подложек ОаАз(ЮО) с малым углом разориентации (<0,2°) приводит к увеличению критической толщины слоя ¡по^Оао^Ав от. 5 до 10 нм. Данные послойного оже-анализа свидетельствуют о формировании атомарно резких гетеропереходов с протяжённостью меньше предельных значений разрешения данного метода: 0,5^0,8 нм.

Методом МОГФЭ получены атомарно резкие профили распределения примеси при 5-легировании кремнием слоев ОаАв, о чём свидетельствуют данные СУ профилирования: характерный масштаб области локализации электронов составляет 2,5 нм (при 300 К) и 1,6 нм (при 77 К). При поверхностной

1 о 2 концентрации атомов более 6-10 см" происходит насыщение концентрации электронов, обусловленное автокомпенсацией, и в запрещенной зоне появляются хвосты плотности состояний протяжённостью 20-н100 мэВ и сечением захвата 17 —2 электронов около 10 см .

Исследованы закономерности осаждения алюминия на атомарно чистую поверхность ваАз при пиролизе МОС (ТМАА и ДМЭАА) в реакторе МОГФЭ. При температурах 150н-200°С формируются чистые и гладкие плёнки А1 с электрическими свойствами, соответствующими характеристикам объёмного материала. На границе отсутствуют промежуточные слои и параметры контактов Шотгки А1/п-ОаАз близки к идеальным: высота барьера ~0,7 эВ, фактор идеальности 1,02ч-1,06.

Показано, что при пиролизе МОС А1 и лазерном распылении Мо и ^^ на поверхности ваАв на начальных стадиях происходит формирование металлических нанокластеров с латеральными размерами 104-100 нм. Послойный механизм их заращивания реализуется, если сразу после формирования нанокластеров закрыть их тонким слоем низкотемпературного ОаАэ толщиной 10-^20 нм, и только потом прервать рост для повышения ростовой температуры до оптимальных значений для ОаАэ. В этом случае планаризация поверхности слоя ОаАэ происходит при толщине, сравнимой с высотой нанокластеров, что позволяет формировать плотные многослойные массивы нанокластеров.

Проведены модельные расчёты электрических свойств наноконтактов Шоттки. Для наноконтактов малого радиуса (<10 нм) возрастает туннельная компонента тока, уменьшается эффективная высота барьера и сравниваются токи прямой и обратной ветвей В АХ. Ширина-области обеднения полупроводника вокруг нанокластера или массива нанокластеров может быть много больше их размеров. Это приводит к малой ёмкости и малой инерционности процессов перезарядки нанокластеров и выраженным нелинейным емкостным эффектам вплоть до терагерцовых частот. Экспериментальные исследования кинетики * отражения и фотолюминесценции в ОаАэ с нанокластерами А1 позволяют оценить время жизни неравновесных носителей ~15 пс и время релаксации проводимости ~1 пс. Гашение фотолюминесценции связано с временем жизни неравновесных носителей. Эволюция во времени коэффициента отражения определяется релаксацией проводимости из-за захвата неравновесных носителей на центры безызлучательной рекомбинации, обусловленные встроенными в ОаАэ нанокластерами. Предложена простая модель, которая количественно описывает кинетику фотолюминесценции и качественно - эволюцию во времени коэффициента отражения. Разработан способ уменьшения эффективной высоты потенциального барьера контакта МП за счёт увеличения туннельной компоненты тока. При 8-легировании кремнием ОаАэ вблизи границы с А1 эффективная высота барьера снижается от 0,7 до 0,2 эВ при значениях фактора идеальности <1,5. При высокой поверхностной концентрации кремния ~1013 см"2 получены омические контакты к п-ОаАэ с с л сопротивлением <10" Ом-см .

В дрейфово-диффузионном приближении получено аналитическое решение задачи об инжекции носителей тока в изолирующий ¡-слой, учитывающее одновременно контактные явления* на границах и инжекционные токи в объёме. Решение позволяет рассчитать потенциал, электрическое поле и ВАХ во всём диапазоне напряжений для целого ряда структур с металлическими и полупроводниковыми, контактами, в том числе при наличии на границах гетеробарьеров, препятствующих инжекции.

10. Построена обобщённая» теория туннельного и дрейфово-диффузионного токопереноса в низкобарьерных контактах Мотта с 5-легированием вблизи границы МП. Подход позволяет с достаточной точностью описать ВАХ низкобарьерных диодов:

11. На основе микроструктур Al/(In)GaAs-5(Si)-GaAs изготовлены планарные низкобарьерные диоды с площадью анода ~10 мкм2, малой удельной ёмкостью <1 л , фф/мкм и значениями дифференциального сопротивления в диапазоне 0,4+1000 кОм. Применение низкобарьерных диодов в волноводных и планарных конструкциях детекторов »миллиметрового диапазона дайн волн, без использования постоянного смещения минимизирует собственные шумы диода и обеспечивает рост чувствительности. Лучшие характеристики, в . диапазоне 94 ГГц:

19 1/9 детектирование: NEP~10" Вт Гц" , у>10000 В/Вт; смешение: потери преобразования 16+12,5 дБ при пониженной мощности гетеродина 10+40 мкВт.

12. Разработаны планарные детекторы диапазона мм на основе микрополосковых щелевых антенн, с включёнными в них низкобарьерными диодами. Антенны изготовлены на основе фольгированных диэлектриков (s=2,2), имеют внешние и размеры ~Х и обеспечивают низкий уровень боковых лепестков в диаграмме направленности. Показана возможность их плотной компоновки при слабом, взаимовлиянии. Изготовлена линейка" из 8 планарных детекторов на 94 ГГц, расположенных в ряд с периодом ЗХ/2. При просвечивании различных объектов излучением с частотой 94 ГГц регистрировалась интенсивность прошедшего поля путём механического перемещения линейки детекторов в плоскости с шагом ЗХ/2 или ЗХ/А. Получены поляризационно-чувсгвительные изображения объектов, картины дифракции и интерференции. Лучшие значения разрешения составили ~2Х.

В заключение хочу поблагодарить всех моих коллег и, особенно, - сотрудников отдела технологии наноструктур и приборов ИФМ РАН, взаимодействие с которыми позволило мне выполнить эту работу.

Также, я хотел бы выразить надежду, что собранные в диссертации материалы послужат отправной точкой для продолжения работ нашего научного коллектива и специалистов из других организаций, вовлечённых в эти исследования. Именно это обстоятельство является для меня оправданием подробного и внимательного рассмотрения ряда вопросов, которые пока находятся не в основном русле работ и лишь указывают на перспективность некоторых дальнейших исследований. Эти места, конечно же, заметит искушённый взгляд специалиста. Потому и эпиграф был выбран соответствующий: «It has been a long time coming and there is still much work to be done».

1. The Technology and Physics of Molecular Beam Epitaxy / Edited by E.H.C. Parker // New York and London: Plenum Press. 1985. - 686 P.

2. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры / Под редакцией JL Ченга и К. Плога // М.: Мир. 1989. - 632 С.

3. Stringfellow G.B. Organometallic Vapour-Phase Epitaxy: Theory and Practice / G.B. Stringfellow//Boston: Academic Press. -1989. -398 P.

4. Christov S.G. Recent test and new application of the unified theory of electron emission / S.G. Christov // Surface Science. 1978. - V. 70. - P. 32-51.

5. Wilkinson V.A. Tunnel devices are not yet manufacturable / V.A. Wilkinson, M.J. Kelly, and M. Carr // Semicond. Sci. Technol. 1997. - V. 12. P. 91-99.

6. Kelly M.J. New statistical analysis of tunnel diode barriers / M.J. Kelly // Semicond. Sci. Technol.-2000.-V. 15. P. 79-83.

7. СВЧ-полупроводниковые приборы и их применение / Под редакцией Г. .Уотсона // . М.: Мир.-1972.-662 С.

8. Klar P.J. Recent developments in metastable dilute III-V semiconductors / P.J. Klar // Progress in Solid State Chemistry. -2003. V. 31. - P. 301-349.

9. Delta Doping of Semiconductors / Ed. by E.F. Schubert/ Cambridge: Cambridge University Press. - 1996. - 616 P.

10. Tung R.T. Recent advances in Schottky barrier concepts / R.T. Tung // Materials Sciences and Engineering/ 2001. - V. R35. - P. 1-135.

11. Fedorovich R.D. Electron and light emission from island metal films and generation of hot electrons in nanoparticles / R.D. Fedorovich, A.G. Naumovets, P.M. Tomchuk // Physics Reports.-2000.-V. 328.-P. 73-179.

12. Нагаев Э.Л. Малые металлические частицы / Э.Л. Нагаев // Успехи физических наук. 1992. - Т. 162. - № 9. - С. 49-124.

13. Brown E.R. THz Generation by Photomixing in Ultrafast Photoconductors / E.R. Brown II International Journal of High Speed Electronics and Systems. — 2003. V. 13. — NO. 2. — P. 497-545.

14. Mott N.F. The theory of crystal rectifiers / N.F. Mott // Proc. Roy. Soc. 1939/ - A 171. -P. 27-38.

15. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах / С. Зи // М.: Мир. 1984. — Кн. 1.-456 С. Кн. 2.-456 С.

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

17. Su N. Sb-Heterostructure Millimeter-Wave Detectors With Reduced Capacitance and Noise Equivalent Power / N. Su, R. Rajavel, P. Deelman, J.N. Schulman, and P. Fay // IEEE Electron Devices Letters. 2008. - V. 29. - NO 6. - P. 536-539.

18. Божков В.Г. Полупроводниковые детекторы, смесители и умножители частоты терагерцового диапазона / В.Г. Божков // Известия вузов. Радиофизика. — 2003. — Т. 46.-№8-9.-С. 702-731.

19. Brown E.R. Fundamentals of Terresttrial Millimeter-Wave and THz Remote Sensing / E.R. Brown // International Journal of High Speed Electronics and Systems. — 2003. V. 13.-NO. 4.-P. 995-1097.

20. Woolard D.L. Terahertz Frequency Sensing and Imaging: A Timeof Reckoning Future Applications? / D.L. Woolard, E.R. Brown, M. Pepper, and M. Kemp // Proceedings of the IEEE.-2005.-V. 93.-NO. 10.-P. 1722-1743.

21. Ludowise M.J. Metalorganic chemical vapor deposition of III-V semiconductors/ M.J. Ludowise // Journal of Applied Physics. 1985. - V. 58. - P. 31-55.

22. Behet M. MOVPE growth of III-V compounds for optoelectronic and electronic application / M. Behet, R. Hovel, A Kohl, A. Mesquida Kusters, B. Opitz and K. Heime // Microelectronics Journal. 1996. - V. 27. - P. 297-334.

23. Richter W. Optical in situ surface control during MOVPE and MBE growth / W. Richter // Phil: Trans. R: Soc. Lond. A. 1993. - V. 344. - P. 453-467.

24. Makimoto T. Investigation of the Decomposition Process of Ga Organometals in MOCVD by the Suface Photo-Absorption Method / T. Makimoto; Y. Yamauchi,.N. Kobayashi et.ah // Jap. Journal of Appl. Phys. 1990. - V. 29. - P. 645-648.

25. Kobayashi N. Spectral Dependence of Optical Reflection-during Flow-Rate Modulation Epitaxy of GaAs- by the Surface Photo-Absorption Method, / N. Kobayashi and. Y. Horikoshi // Jap. Journal of Appl. Phys. 1990, - V. 29. - P: 702-705.

26. Yamauchi Y. Decomposition of Arsine and Trimethylarsenic on» GaAs Investigated' by Surface Photo-Absorption / Y. Yamauchi, T. Makimoto, N. Kobayashi et.al. // Jap. Journal of Appl. Phys. 1990.-V. 29. - P. 1353-1356.

27. Kobayashb N. As and P Desorption from III-V Semiconductor Surface in Metalorganic Chemical Vapor Deposition Studied by Surface Photo-Absorption,/ N. Kobayashi and Y. Horikoshi // Jap. Journal of Appl. Phys. 1991. - V. 30. - P. 1699-1701.

28. Durstan D.J. Strain and strain relaxation in semiconductors / D.J. Durstan // Journal of Material Science: Materials in Electronics. 1997. - V. 8. - No. 6. - P. 337-375.

29. Nabetani* Y. Critical thickness of InAs grown on misoriented GaAs substrates / Y. Nabetani, A. Wakahara, A. Sasaki // Journal of Applied Physics. — 1995. V. 78. - No. 11. - P. 6461-6468.