Пространственное распределение поля и его эволюция в высокоомных полупроводниковых структурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РТБ О*

- { 1.им РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им.А.Ф.ИОФФЕ

на правах рукописи

КУ1ШНКО АЛЕКСЕЙ БОРИСОВИЧ

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЯ И ЕГО ЭВОЛЮЦИЯ В ВЫСОКООМНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ

(01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученое степени кандидата фязихо-математиче ских наук

Санкт-Петероург 1994

■российская академия наук жико-'гехническш институт им.а.ф.иоффе

на правах рукописи

КУИЕНКО АЛЕКСЕЙ БОРИСОВИЧ

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЯ И ЕГО ЭВОЛЮЦИЯ В ВЫСОКООМНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ

СО!.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации -на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1Э94

Расота выполнена в Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

старший научный сотрудник Ильинский A.B.

Официальные опононты:

доктор физико-математических наук Константинов О.В.

доктор технических наук вешшк о.г.

Ведущая организация:

Всероссийский научный центр "ГОН" им.С.И.Вавилова.

Защита диссертации состоите," " /3 " 1994г.

в 1ь~ часов на заседании специализированного совета К.003.23.02 при Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе по адресу: 194021, Санкт-ПетерОург, Политехническая ул. 26.

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института.

Автореферат разослан " / i " st 1УУ4Г.

Ученый секрететь специализированного совета

кандидат физико-математических наук

Куликов Г.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность_темы. В связи с развитием оптоэлектроники в последнее двадцатилетие возрос интерес к нетрадиционным для полупроводниковой электроники материалам, которые могут составить ее элементную оазу. Значительное место сведи них занимают высоксомные полупроводники, стай Фундаментального поглощения которых лежит в видимой и ближней инфракрасной области спекта. К таким объектам принадлежат кристаллы типа силленитов и высокоомный ОаАэ. Обладая удачным сочетанием физических свойств (низкая темновая проводимость, высокая фоточузствительность, наличие линейного электрооптического эффекта, чувствительность к легированию, механическая прочность, технологичность изготовления), такие кристаллы и структуры на их основе нашли применение в качестве фоточувствительных сред для реверсивной оптической памяти, голографии и оптической обработки инфомации. Использование этих кристаллов в практических устройствах основано на том, что при изменении электрического поля в них за счет электрооптического эффекта изменяются двулуче-преломляюше свойства, благодаря чему модулируется состояние поляригашш зондирующего светового потока, считывающего информацию об изменении поля. Таким образом, работа этих устройств определяется перераспределением поля в кристаллической пластине под воздействием фотоактивного света (при использовании оптической адресации) или электронного луча (при электронно -лучеБой адресации).

Кроме того, интерес к изучению арсенидгаллиевых р-1-п гтруктур во многом обусловлен их ш.гроким применением в качестве составных частей различных полупроводниковых приборов, таких как тиристоры, диоды 1'анна, лавинно-пролетные диоды, фотодиоды. На основе таких структур созданы новые приборы - оптоэлектронные тиристоры, имешие оптическую связь мезду р-п переходами, что открывает ноЕые возможности для повышения быстродействия за счет уменьшения времени задержки при включении и времени распространения включенного состояния в объеме коллекторного электрода.

Таким образом, для понимания функционирования и улучшения

параметров активных элементов оптоэлектронных систем, для оптимизации параметров известных полупроводниковых лшоошв и ллл разработки принципиально новых представляется актуальным исследование сташюкашого распределения поля и его эволюции в структурах на основе высокоомных полупроводниковых кристаллов в условиях, слизких к тем, в котошх они оказываются пли практическом использовании. Кроме того, изучение пространственного распределения' поля и эго эволюции представляет особый интерес, поскольку оно позволяет глубже понять механизмы переноса завяла пол влиянием различных внешних воздействий в высокоомных полупроводниковых кристаллах, выявить роль различных локальных центров в процессах генерации и -захвата носителей, получить информацию о знаке подвижных носителей заряда, энергиях ионизации и концентрациях локализованных состояний в запрещенной зоне кристалла.

Шль_раооты. Основной целью работы является исследование электоооптическими методами пространственного распределения электрического поля и его эволюции в ооъеме высокоомных полупроводниковых ' структур (в МШ- структурах на основе кристаллов силленитов и р-1-п структурах на основе слабо-

легированного Оадэ). Кроме того, в задачи настоящей работы входило проведение измерений при различных условиях эксперимента (различные виды контакта и величины приложенного напряжения, температуры образца, интенсивности фотовозсувдения) и выявление закономерностей процессов переноса заряда, при этом особое внимание следовало уделить выбору модели этого процесса £ различных условиях. Предполагалось выполнить расчеты распределяй* поля и сопоставить их с эксперименом, а также попытаться определить параметры, имеющие значение для практической использования структур этого типа.

Нзучная_ковизна представленных в диссертационной работ< результатов заключается в том, что в ней впервые:

- Разработан прямей метод количественного измерена, распределения напряженности электрического поля в объеме высоко с-мных полугтроводзпжоБ, основанный, на эффекте Франца -. Келдыша Лепсльзованшй стробоскопический вариант регистрации пол

_ г _

обеспечивает возможность изучения быстропротекающих процессов с временным разрешением не хуже 1мкс. Этим методом изучались процессы экранирования поля в р-1-п структурах на основе слабо-леппзованного арсенидэ галлия.

- Установлена зависимость характера экранирования поля в кристаллах силлэнигов от соотношения размеров исследуемой МДП-стоуктуры - толщин кристалла, диэлектрика и длины дрейфа свободных носителей заряда. определен вид стационарного распределения поля ь объеме кристаллической пластины при зарядке ее поверхности электронным пучком в зависимости от интенсивности фотсвозбуждения и тока электронного пучка. Результаты проведенных экспериментов сопоставлены с теоретическими расчетами, определены основные параметры переноса заряда в силленитах.

- Установлен характер экранирования поля в объеме р-1-п структур на основе оаАБ при приложении обратного смещения.' Показано, что экранирование поля происходит в два этапа, определяемых различными временами ионизации донорной и акцепторной примеси. Проведены расчеты экранирования поля в различных слпях, хорошо огисываюшиэ эксперимент, найден ряд параметров исследуемой структуры.

- Выполнены измерения экранирования поля при различных температурах образца. Показано, что температурная зависимость динамики электрического поля в исследуемых р-1-п структурах контролируется процессом термической ионизации единственного уровня глубоких акцепторов в объеме р°-слоя, определена энергия их ионизашш.

- В зависимости от величины приложенного напряжения наблюдались качественно различные картины, распределения поля в 1-слое р-1-п структуры (инвертирование вида экстремума в стационарном распределении поля). Результаты объяснены на основе модели, учитывающей генерацию, дрейф и обратный захват свободных носителей на примесные уровни, имеющие существенно неоднородное пространственное распределение.

- Обнаружено фотоиндуцированное смещение картины стационарного распределения поля, зависящее от интенсивности возбуждающего света. Показано, что фотоиндуцированное смещение распределений

■ - б -

поля вызвано оптической пеоезарядкой глубокого акцепторного уровня.

¿остдвеондсть_и_налезяость_рез£льтатдв^ Иостоверность и надежность экспериментальных оезультатов и выводов работы обеспечены тщательной . проработкой методики измерений и подтверждаются удовлетворительным согласованием результатов проведенных экспериментов с полученными на основе установленных моделей аналитическими решениями, результатами численных расчетов и имеющимися литературными данными.

Научная и практическая значимость. Установленная в результате проведенных исследований связь между характером экранирования поля и'видом релаксации фототока в зависимости от характерных размеров МЯП-структуры на основе силленитов представляет определенную ценность для изучения явлений переноса заряда в высокоомных полупроводниках. 'Гак, в случаях, когда невозможно воспользоваться методами прямого измерения распределения поля на основе электрооптических эффектов, единственной возможностью получения информации о поле остаются традиционные токовые методы - измерение кинетики фототока во внешней цепи, по которой, используя установленные соотношения, возможно восстановить характер и основные параметры процесса экранирования поля. Полученные в диссертации результаты изучения стационарного распределения поля в силленитах при приложении напряжения электронным пучком и фотовозбукдении могут быть использованы при разработке и совершенствовании параметров пространственно временных модуляторов света с электронно - лучевой адресацией, использующие в качестве мишеней эти кристаллы.

Разработанный высокоразрешающий метод регистрации быстро-протекающих процессов экранирования поля, использующий эффект Франца-Келдыша, позволяет получать прямую информацию о процессах переноса заряда в высокоомных кристаллах в реальном масштабе Бремени и является одним из наиболее информативных методов изучения явлений, связанных с эволюцией поля в объеме образца.

Результаты исследований с помощью этого метода экранирования поля в объеме р-1-п структур на основе слаболегированкого УаАз имеет вагсное значение для понимания процессов переноса заряда в

сильно компенсированных полупроводниках (которым является 1-слой структуры). На основе установленный модели экранирования поля в разных слоях структуры предложен спосоо определения ряда параметров структуры, информация, о которых необходима при конструировании и изготовлении полупроводниковых приборов на осноЕе этих структур.

Апрооация_работн. основные результаты диссертации докладывались на XI Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Кишинев,1988), на VI Всесоюзном совещании по физике, диэлектриков (Томск, 1У88), на I Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках (Ташкент, 1989), Весенней сессии Европейского общества по исследованию материалов (Страсбург, 1У93), Международном совещании по фоторофрактивным материалам, эффектам и устройствам (Киев, 1993). Результаты также' докладывались на научных семинарах ь Университете г.Регенсбурга, в' институте Технологии Твердого Тела г.Мюнхена.

ЩОликацш. основные результаты работы опубликованы в 6 научных статьях, список которых приведен в конце автореферата.

Отр^ктща_и_дбъем_дасседтаиии. Диссертация состоит из введения, пяти глав, двух приложений, заключения и списка литературы. ооший объем 175 машинописных страниц, в их числе 28 рисунков. Список литературяы содержит 140 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во_введении обоснована актуальность изучения пространственного распределения поля и его эволюции в структурах на основе еысскоомных полупроводников,, приведен план последующего изложения.

4ервая_глава диссертации носит обзорный характер. Здесь рассмотрены основы теории переноса заряда в низкоомных полупроводниках, включающие постановку задачи, основные уравнения и дополнительные упрощающие предположения. Рассмотрен подход к описанию этого процесса в выс-зкоомных полупроводниках, особое Енимание уделено основным необходимым приближениям, дано описание возможных видов течения этого процесса в зависимости от характер-

- в -

шх параметров образца. Приведены экспериментальные данные наблюдения режимов экранирования поля в кристаллах iil^iSl.GeiO^Q, полученные методом, использующим поперечный электрооптический эффект. Рассмотрена роль процессов переноса заряда при записи объемных голограмм в фоторефрактивных кристаллах и при обосновании метода нестационарной емкостной спектроскопии глубоких центров в полупроводниках. В заключении главы сформулированы основные цели и задачи работы.

Вторая_глава посвяшена описанию электрооптических методов исследования экранирования поля в высокоомшх кристаллах.

В рассмотрен хорошо зарекомендовавший себя бесконтактный оптический метод прямого количественного измерения распределения напряженности электрического поля в высокоомшх (фоторефрактив-шх) кристаллах без центра инверсии, основанный на использовании поперечного эффекта Поккельса. В нем предварительно ориентированный относительно кристаллографических осей образец зондируют линейно-поляшзованным светом в направлении, перпендикулярном напложенному полю, пропускан:.' вышедший из кристалла свет через анализатор и измеряют распределение интенсивности зондирующего света в плоскости анализатора. Па основании эллипсометрического анализа, учитывающего, одновременное влияние индуцированного поле;м двулучепреломления и естественной оптической активности кристалла, по установленной в относительных единицах зависимости интенсивности прошедшего образец света от пространственной координаты измерялось распределение поля ь образце в единицах натяженности электрического поля. Этот метол положен в основу выполненных и приведенных в главе III экспериментальных исследований процесса экранирования поля е высскоомны нецентро-спмметричных кристаллах Bl^SlOog.

В (,2 изложен разработанный нами метод измерения распределения поля в объеме высокоомных полупроводников, использующий другой электрооптический эффект - эффект Франца-Келдыша. В этом методе образец зондируют монохроматическим светом в направлении, перпендикулярном приложенному полю, и измеряют пространственное распределение интенсивности зондирующего сгета, по которому находится с помощью градуировочного графика распределение

напряженности электрического .юля. Использованный стробоскопически! вариант регистрации поля обеспечивает возможность изучения быстрсяротекагаих процессов с временным разрешением не хуже 1мкс: образец, к которому периодически прикладывалось внешнее напряжение, зондировался коротким импульсом монохроматического овгта, задержанным на регулируемое время относительно момента приложения напряжения. Проводя измерения пространственного распределения зондирующего сеэтэ, прошедшего ооразец, при разных временах задержи мы получали информацию о временной эволюции поля в объеме кристалла после приложения напряжения. Этим методом выполнены экспериментальше исследования пространственного распределения поля и его эволюции в объеме р-1-п структур на основе слаоолегированного ^алв, которым посвящены главы IV и V настоящей работы.

3 $3 обсуждаются также стандартные методы измерения кривых релаксации тока, дополняющие оптические методы получения информации оо эволюции поля.

'1'ретья_глава посвяшэна изучению эволюции поля и релаксации тока в виссксомных кристаллах силлешиов при различных условиях фстовсзсужцешя и различных способах приложения внешнего напряжения.

В содержится описание основных локальных центров и электронных переходов в кристаллах о(81,иеЮод, которые были установлены в результате предыдущих комплексных исследований этих материалов, отмечено, что основную роль в процессах переноса заряда играют три группы уровней: мелкие ловушки («]Ч~и.З-и.6йэВ), глубокие ловушки (.згл~1.5-2эВ) и глубокий уровень А-центров (Яд-Н.бэВ) - поставщик электронов в зону проводимости. В §2 изложены оригинальные результаты исследований эволюции поля и релаксации фототока в условиях однородного по всему объему образца фотовозбуждения и приложения к кристаллу напряжения с помошью блокирующего контакта. Приведены результаты экспериментов, приближенного аналитического рассмотрения и численного расчета. Установлена зависимость характера эволюции поля и релаксации фэтотока от соотношений характерных размеров игеледуемой МДП- структуры: толщин кристалла, диэлектрика и длины

- ¡и -

дрейфа свободных носителей заряда в первоначально однородном поле. Так, если толщина кристалла й существенно превосходит длину дрейфа электронов 10 и эффективную толщину диэлектрической прослойки Ь, то в ходе экранирования вблизи страдательного электрода возникают ярко высаженные осцилляции поля, наблюдавшиеся электрооптическим методом. При других соотношениях этих размеров поле .без образования осциллирующих особенностей вытесняется в приэлектродную область и диэлектрик. Если при этом длина дрейфа существенно превосходит толщину кристалла й, то на кривых релаксации тока наблюдается особенность в виде квазипостоянного начальный участка; в остальных случаях ток релаксирует без каких либо особенностей по экспоненциальному закону. Представлен анализ использования информации о кинетике фототока, полученной на эксперименте, для восстановления картины эволюции поля в структуре, это позволяет изучать распределение поля и его релаксацию в тех случаях, когда электрооптический метод неприменим. посвящен изучению стационарного распределения поля в кристаллах силленитов в условиях приложения к кристаллу напряжения с помощью однородного по облучаемой плоскости электронного пучка и фотовозбуждения, однородного го всему объему образца, описаны схема эксперимента, методика и результаты измерений. Установлено, что поле направлено к облучаемой грани и спадает по абсолютной величине с удалением от нее, причем крутизна спада возрастает с увеличением интенсивности засветки. Представлен анализ экранирования поля в условиях инжектирующего контакта,' когда через высокоомный кристалл течет сквозной ток. сделан вывод, что в этих условиях вблизи поверхности, на которую падает электронный пучок, возникает объемный заряд, знак и пространственное распределение которого зависят от соотношений интенсивности засветки, плотности тока через кристалл и параметров захвата на ловушки. Приведено сопоставление с данными эксперимента.

Четвертая_глава включает в себя результаты исследования динамики экранирования поля в объеме р-1-п структур на основе кристаллов слаболепгрованного иадэ . после приложения напряжения запирающей полярности.

а «<1 кратко представлены основные сведения об изучаемых р-l-n структурах, выращенных методом жидкофазной эпитаксии. Приведены данные о методе роста, характерных толщинах слоев, типах локализованных состояний и их концентрации, которые оОразуются в процессе роста арсенида галлия этим способом.

f}¿ посвящен результатам наших измерений динамики экранирования поля, выоору модели переноса заряда и интерпретации наблюдаемых картин поля, lio совокупности экспериментальных данных о распределении поля и его динамике определены границы р+,р°,1,п°-словв. На основании полученной информации о динамике поля в р-l-n структуре при приложении ооратного смещения (рис.1) установлено, что экранирование происходит в два этапа, которые определяются разными временами ионизации примеси. На л?-эзом этапе ítciMKC), когда поле в р°-слое еще остается первоначально однородным, из объема 1- и гг- слоя происходит быстрый вынос термически ионизованных свободных электронов с мелких донорных уровней и на эксперименте в .этих слоях удается наблюдать уже установившееся квазистационарное распределение шля. На втором этапе (t~25UMC) происходит медленное экранирование поля б р°-слое, где основную роль в процессе экранирования играет термическая генерация дырок с глубоких акцепторных уровней.

№си. эволюция шля в объеме р-1-п структуры после приложения напряжения и=1(ЮВ. г, мс: 1- 0.005, 2-30, 3-110, 4- стационарное состояние. Штриховыми линиями обозначен результат расчета.

С течением времени динамика поля в структуре описывается вытеснением поля из р°- в 1- и гг-слои. Скорость наолюдаемого экранирования поля контролируется временем термической ионизации глубокой акцепторной примеси т^, которое в свою очередь зависит от температуры образца и энергетического положения уровня в запрещенной зоне.

3 £¡3 проведен расчет наблюдаемой динамики поля в объеме структуры. Для получения аналитического решения мы воспользовались тем, что на рассматриваемом временном интервале в объеме п°-и 1-слоев процессы переноса заряда уже завершились и установилось КЕазистацлонарное распределение поля, эволюция поля в структуре определяется только процессами, происходящими в объеме р°-слоя. При высоких приложенных напряжениях <1 =цтЕ0»й, а<,~- подвижность •л время жизни свободных дырок, й- длина р°-слоя, В - напряженность первоначально однородного поля) динамика экранирования в р2-слое на ранней стадии процесса, когда все ионизованные дырки выводятся из объема р°-слоя без повторного ' захвата, описывается однородным накоплением объемного заряда во всем объеме р°-слоя. На поздней стадии процесса экранирования динамика поля может быть формально описана дальнейшим ростом отрицательного заряда в постепенно сужающейся области вблизи границы с 1-слоем, где продолжает осуществляться полный отвод свободных дырок. В остальной же части р°-слоя образуется зона практически нулевого поля, в которой отвод носителей слаб и потому их генерация компенсируется в том же месте происходящей локализацией. Вытеснение поля из р°-слоя в п°- и 1- слои учтено в граничном условии задачи. Результаты расчета хорошо совпадают с экспериментальными данными (рис.1) при значении концентрации

донорной примеси в п°-слое N^=<7.5+1 акцепторной в

Р. 1 л. ч

р_-слое Ыа=(1.1 ±0.2)хЮ см и времени ионизации акцепторной

примеси т1=190140мс. В п°- и р°- слоях оценены длины Шоттки.

В §4 содержатся результаты измерений экранирования поля, выполненных при различных температурах образца в диапазоне Т-256-328К. В рамках установленной модели и на основании температурных измерений показано, что температурная зависимость динамики электрического поля в исследуемых р-1-п структурах

контролируется процессе« термической ионизации едашствешого уровня глубоких акцепторов в объеме р°-слоя, с энергией их жлшзации »а-» =и.за±о.иьэВ. Лдзя определения параметров уровней заключается в измерении временной зависимости накопления объемного заряда рт в узкой области р^-слоя вблизи грашшы 1-р°, в которой происходит полный отнод ионизованных дырок в течении всего процесса экранирования вплоть до полного опустошения акцепторной примеси. Из полученной зависимости р(Ь) определяют т^ при задагаой температуре Т. Повторяя эти измерения при разных температурах, получают зависимость т^Т), из которой можно определить параметры уровня, пользуясь выражением: т1=(аТ£-)"1 ехр[а -*7/ЮМ, где а- коэффициент, пропорциональный сечению захвата носителей на исследуемый уровень.

Нятая_глава посвящена исследованиям стационарного распределения поля в объеме компенсированного 1-слол р-1-п структур в широком диапазоне приложенного напряжения обратного смещения и при различных условиях фотовозбуждения образца.

В приведены результаты измерений картин стационарного распределения поля в диапазоне приложенного напряжения запирающей полярности и=Ю-14ив. В зависимости от величины приложенного напряжения наблюдались качественно различные картины поля в

Рис.2. Стационатаое распределение поля в объеме р-1-п структуры при разных значениях приложенного напряжения. И, В: 1- 25, 2- 50, 3- ШО, 4- Т35.

напряжениях (и>ьиВ! поле имеет абсолютный максимум в середине 1-слоя; при уменьшении ' напряжения распределение поля инвертируется, то есть в середине 1-слоя образуется его минимум. Представлен качественный и количественный анализ наблюдаемых особенностей в распределении поля. Результаты объяснены на основе модели, которая включает в себя генерацию, дрейф в электрическом поле и обратный захват свободных носителей на примесные уровни, имеющие существенно неоднородное пространственное распределение концентрации, а также учитывает, что стационарный обратный ток, текущий через структуру - ток, обусловленный генерацией электронно-дырочных пар в области пространственного заряда. Показано, что в случае, когда через образец течет сквозной ток, в зависимости от того, происходит ли вынос полем свободных носителей без захвата на примесные уроЕни или нет, могут наблюдаться различные картины стационарного распределения поля, в случае сильных полей распределение локализованного заряда в 1-слоэ соответствует суммарному заряду истощенных примесей " и определяется пространственным распределением их концентраций. Распределение поля при этом имеет абсолютный максимумом вблизи середины 1-слоя. В случае слабых полей неоднородное распределение свободных, электронов и дырок, генерируемых в объеме 1-слоя, приводит к неоднородному в пространстве заполнению ими донорных и акпептол-кых уровней, что в свою очередь приводит к смене знака заряда, локализованного вблизи границ ' 1-слоя и, следовательно, к. инвертированию вида распределения поля.

посвяшен изучению влияния на вид стационарного распределения поля дополнительного фотовозбуждения . структуры светом из спектра примесного поглощения, обнаружено, что фотовозбуждение образца вызывает смещение стационарного распределения поля как при низких, так и при высоких приложенных напряжениях в сторону р°-слоя структуры, зависящее от интенсивности возбуждающего света. Установлено, что фотовозбуждение приводит к смещению положения точки равновесия отрицательного и положительного заряда, локализованного на примесях вследствие уменьшения отрицательного заряда акцепторов за счет фотогенерации электронов с акцепторных уровней в зону проводимости. С учетом

- 1 С' — "

•• этих переходов б установленной модели процессов преноса заряда в 1-слое представлен качественный анализ фотоиндуцированного смешения картин поля.

й_заклктенш сформулированы основные результаты раооты.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВ0ЛЫ

1. Реализован оптический метод количественного измерения распределения напряженности электрического поля в высокоомных кристаллах оез центра инверсии, основанный на использовании поперечного эффекта Поккельса. этим методом, дополненным измерениями фототока, изучались процессы экранирования поля в высокоомных кристаллах В^-.ЫО.^-,.

'¿. Р'азраОотан прямой метод измерения распределения поля в соъеме высокоомных полупроводников, ^снованный на эффекте Франца - Келдыша. Использованный стробоскопический вариант регистрации поля обеспечивает возможность изучения . оыстро-протекающих процессов с временным разрешением не хуже 1мкс. Р'азработанным методом выполнены измерения пространственного распределения поля и его динамики в р-1-п структурах на основе слаболегировашгого иаАэ.

3. экспериментально исследована релаксация поля и тока в высокоомных кристаллах класса силленитов при различных условиях фотовозоуждения и различных способах приложения внешнего , напряжения. Установлена зависимость характера экранирования шля и связь его с кинетикой релаксации тока от размеров исследуемой (ИЛП-структуры - толщин кристалла, диэлектрика и длины дрейфа свободных . носителей заряда. определен вид стационарного распределения поля в объеме гристаллической пластины в случае инжектирующего контакта при приложении напряжения • электронным пучком в зависимости от интенсивности фотовозоуадения и тска электронного пучка. Результаты проведенных экспериментов сопоставлены с теоретическими расчетами, определены основные параметры переноса заряда в силленитах. Представленный анализ результатов, полученных для кристаллов силленитов, и литературных дашых положен в основу исследования эволюции поля в

полупроводниковых структурах из высокоомного арсенида галлия.

4. Установлен характер экранирования поля в ооъеме p-1-n структур на основе üaAs при ■ приложении ооратного смещения. Показано, что экранирование поля происходит в два этапа, определяемых различными временами ионизации донорной и акцепторной примеси. На основании анализа зависимости профиля поля от внешнего напряжения предложен метод определения грашщ слоев структуры. Проведен расчет экранирования поля в различных слоях, хорошо описывающий эксперимент, найден ряд параметров исследуемой структуры. Выполнены измерения экранирования поля 1 при различных температурах образца. Показано, что температурная зависимость динамики электрического поля в исследуемых p-1-n структурах контролируется процессом термической ионизации единственного уровня глубоких акцепторов в объеме р^-слоя, определена энергия их ионизации.

Ь. В зависимости от величины приложенного напряжения наблюдались качественно различие картины поля в 1-слое p-1-n структуры, связанные с инвертированием вида экстремума в стационарном распределении поля. Результаты объяснены на основе модели, учитывающей генерацию, дрейф и обратный захват свободных носителей на примесные уровни, имеющие существенно. неоднородное пространственное распределение концентрации.

6. Обнаружено фотоиндуцированное смещение картины поля е сторону р°-слоя структуры, зависящее ст интенсивности возбуздающего света из области спектра примесного поглощения UaAs. В рамках установленной модели процессов преноса заряда, происходящих в 1-слое, показано, что фотоиндуцированное смещение распределений поля объясняется оптической перезарядкой глубокого акцепторного уровня.

Список статей по теме диссертации

1. Ильинский A.B., Куценко A.B., Мельников М.Б. "Релаксация фототока и электрического поля в МДП- структуре на основе силиката висмута". // ФТТ, 198Ö, т.30, вып.6, 0.1780-1787.

2. Ильинский A.B., Куценко A.B., Мельников М.Б. "Отащюнар-ное распределение электрического поля в кристаллах силленитов, одновременно облучаемых электронным и световым пучками". // ЖТФ, 19У0. T.bU, вып.6, с.84-91.

3. Ильинский A.B., Куценко А.Б., Степанова М.Н. "Экранирование поля в p-i-n структурах на основе арсенида галлия гши приложении напряжения обедняющей полярности". // ФТП, 1992, т.26, вып.4, с.710-718.

4. Ильинский A.B., Куценко A.B., Мельников М.Б. "Стационарное распределение шля и пространственного заряда в объеме 1-слоя p-1-п структуры на основе UaAs". // ФТП, 1994, т.27, еып.1, с.150-160.

¿. Ильинский A.B.. Куценко А.Б. "Определение энергии ионизации глубокого акцепторного уровня в р°-слоа p-1-n структуры на основе usas". // СГП, 1994, т.27, вып.1, с.48-53.

6. Ильинский A.B., Куценко А.Б., Мельников М.Б. "Фотоиндуци-рованное движение области пространственного заряда в обратносмещенных p-1-n структурах на..основе üaAs". // ФТП, 1994, т.2и, еып.7, публикуется.