Размерные эффекты в слоистых полупроводниковых структурах с распределенным р +-n-переходом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

'Л

л I; .->

. ;* ; '\1 -КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи Экз. N

БАРЫШЕВ Михаил Геннадьевич

УДК:621.315.592:382.3.

РАЗМЕРНЫЕ ДЕФЕКТЫ В СЛОИСТЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМ р+-п-ПЕРЕХОДОМ

01.04.10. - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

КРАСНОДАР - 1996

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников Кубанского государственного университета.

Научный руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор МУРАВСКИЙ Б.С.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,-

профессор САМОХВАЛОВ М. К. кандидат физико-математических наук, доцент ЕОГАТОВ Н.М.

Ведущая организация - НИИ Электронной техники, г. Воронеж

Защита состоится // О-^г^'Л^Л 1996 г.

в /V часов на заседании специализированного совета К 063.73.99. по защите диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук при Кубанском государственном университете (350040 г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149, ауд.231.).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Кубанского государственного университета

Автореферат разослан_¿_

.¿¿ггж/р&я. 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Г.П. Рубцов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из важнейших задач современной электроники и, соответственно, ее основы - физики полупроводников является поиск и исследование динамических неоднородностей для использования их е качестве носителей информации.

Использование динамических неоднородностей в приборах по обработке и хранению информации привело к формированию нового несхемотехнического направления в электронике -функциональной электроники, которая представляет собой область микроэлектроники, изучающей процессы генерации, распространения и взаимодействия динамических неоднородностей в твердом теле. В приборах функциональной электроники, например, в приборах с зарядовой связью информация хранится или обрабатывается в виде динамической неоднородности - зарядового пакета из электронов и дырок.

Значительный интерес для функциональной электроники представляют физические процессы в слоистых транзисторных структурах металл-туннельно-прозрачный окисел-полупровсд-ник (МТОП). Ранее в структурах МТОП Муравским Б.С. была обнаружена поверхностно-барьерная неустойчивость тока (ПБНТ), проявляющаяся в возникновении интенсивных колебаний тока через контакт МТОП.

На основе структур был разработан ряд функциональных приборов.

Все особенности ПБНТ объясняются на основе модели, связывающей ее возникновение с периодическим заполнением и опорожнением поверхностных состояний (ПС), то есть фактически с появлением и рассасыванием зарядового пакета из электронов, связанного в ловушках на поверхности полупроводника, или в терминах функциональной электроники с возникновением пульсирующей под воздействием электрического поля динамической неоднородности. Было установлено, что в транзисторных МТОП-структурах существенное влияние на процессы, приводящие к возникновению ПБНТ, оказывает р+-п-пе-реход, расположенный на расстоянии меньше диффузионной длины от контакта МТОП.

Предложенная ранее модель возникновения ПБНТ лишь в общих чертах. объясняет физические процессы, связанные с токопереносом через структуры МТОП. Было установлено, что на процесс установления ПБНТ и особенности ее протекания

- г -

существенное влияние оказывают конструктивно технологические характеристики структуры: метод изготовления МТОП-ак-тивного контакта (АК), площадь и взаимное расположение АК и пассивных (р+-п-переход, омический контакт к п+-области) контактов.

Более того, как показали исследования Кнаба О.Д. с сотрудниками, неустойчивость тока (НТ) в слоистой структуре с р+-п-переходом, имеющим площадь р+-п-перехода, существенно превышающую площадь активного контакта, возникает и в том случае, если в качестве АК использовать п+-р-диод, образующий с п-областыо локальный п+-р-п-тран-зистор (БИСПИН-структура). Проведенные ранее совместные исследования Муравского Б.С. и Кнаба О.Д. с сотрудниками были посвящены в основном стабилизации параметров функциональных приборов, разработанных на основе транзисторных структур с распределенным р+-п-переходом и АК различных типов.

Существенно отметить, что обнаруженная ранее неустойчивость в слоистых транзисторных структурах с р+-п-пе-реходом и АК в виде МТОП или локального п+-р-п-транзисто-ра, фактически является размерным эффектом, так как должна возникать лишь при определенных соотношениях размеров рабочих областей структур и определенном значен™ их в сравнении с характерными длинсши полупроводника ( длина экранирования Дебая, диффузионная длина). Однако, именно с учетом этих факторов, определяющих особенности процессов в структурах с распределенным р+-п-переходом. электрофизические и фотоэлектрические характеристики структур, ранее не исследовались. Необходимость таких исследований диктуется, в первую очередь, выяснением особенности динамической неоднородности, приводящей к появлению неустойчивости тока и более полному использованию функциональных возможностей структуры с распределенным р+-п-переходом с различными АК.

Цель работы.

Исследование электрофизических и фотоэлектрических размерных эффектов в слоистых структурах с распределенным р+-п-переходом и активным контактом в виде контакта МТОП и в виде локального п+-р-п-транзистора и выяснение на этой основе их функциональных возможностей.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать электрические характеристики структур с распределенным р+-п-переходом, с двумя типами АК: контактом МТОП и локзльны},i п+-р-п-транзистором (ЕИОПИН) и про-Бести их сравнительный анализ,

- исследовать зависимость полной дифференциальной проводимости структур от напряжения на АК,

- исследовать Елияние толщины базы, распределенного сопротивления между АК и пассивными контактами на параметры колебаний, возникающих в структурах,

- на основе экспериментальных данных выяснить механизм формирования в структурах динамической неоднородности, ответственной за существование колебаний, и роль в этом процессе неосновных носителей,

- рассчитать распределение потенциала в области пространственного заряда АК структуры МТОП и сравнить результаты расчета с экспериментальными данными,

- разработать на основе полученных данных новые функциональные активные элементы и исследовать их характеристики.

Научная новизна.

1. Впервые исследовано влияние на электрические характеристики структур с распределенным р+-п-переходом с АК МТОП и АК в виде локального п+-р-п-транзистора (ЕЖЛШН) и параметры колебаний, возникающих в структурах, площади АК, толщины n-области (базы) , расстояния между АК и выводом базы.

2. Впервые исследованы зависимость дифференциальной полной проводимости структур МТОП и БЮШН от напряжения на АК. Установлено, что с ростом обратного смещения на АК структуры, его барьерная емкость С& возрастает по закону Ca~(U)1/2, а сопротивление уменьшается.

3. На основе решения уравнения Пуассона для области пространственного заряда АК структуры МТОП и экспериментального подтверждения его результатов предложена модель, связывающая возникающую в АК структуры динамическую неоднородность с заполнением участка базы под АК неосновными носителями, что приводит к сужению области пространственного заряда (ОПЗ) АК до значений, сравнимых с длиной экра-

нирования Дебая и кореннш образом изменяет структуру области пространственного заряда (ОПЗ) АК.

4. Впервые исследовано влияние на параметры колебаний, возникающих в МТОП структуре, зондирование перемещающейся по образцу полоски света. Установлено, что фотоэлектрические процессы в структуре зависят от положения полоски света и определяются не только диффузионной длиной неосновных носителей, но и длиной дрейфа.

5. Исследовано влияние света на частоту колебаний, возникающих за счет явления поверхностно-барьерной неустойчивости тока в р+-п-структуре с переменной толщиной п-области и контактом МТОП, локального освещения п-области лучом лазера. Установлено, что при определенном положении светового пятна на поверхности п-области, частота колебаний достигает максимального значения Показано, что Гм возникает в том случае, когда глубина поглощения света совпадает с глубиной залегания р+-п-перехода.

6. Впервые проведен сравнительный анализ электрических характеристик структур с распределенными р+-п-перехо-дом и АК двух типов (структур МТОП и БИСПИН).

Практическая ценность.

1. На основе результатов исследований размерных эффектов в структуре МТОП разработан принципиально новый датчик перемещения с частотным выходным сигналом, и исследованы его характеристики.

2. На основе исследования зависимости параметров колебаний от температуры разработан датчик температуры.

3. Проанализированы методы согласования датчика перемещения и температуры с типовыми цифровыми микросхемами.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту.

1. Результаты влияния на электрические характеристики структур с распределенным р+-п-переходом с АК МТОП и п+-р-п-локальным транзистором и параметры колебаний, возникающих в структурах, площади АК, толщины п-области, расстояния между АК и выводом базы.

2. Результаты исследования зависимости полной дифференциальной проводимости структур с распределенным р+-п-переходом с двумя типами активных контактов от обратного напряжения на АК.

3. Разработанную на основе анализа экспериментальных

данных и решения уравнения Пуассона модель, объясняющую природу возникающей в структуре динамической неоднородности с заполнением участка базы под АК неосновными носителями и связанный с этим размерный эффект сужения области пространственного заряда АК.

4. Обнаруженный на основе экспериментальных результатов по исследованию локальной засветки поверхности п-об-ласти структуры размерный эффект, состоящий в зависимости фотоэлектрических процессов в структуре от координаты падающего на образец излучения.

5. Результаты исследований влияния на параметры колебаний, возникающих в структурах, температуры и разработанный на их основе датчик температуры с частотным выходом.

6. Разработанный на осноге исследований принципиально ноеый функциональный датчик перемещения.

Апробация работы. Основные результаты исследований опубликованы в 6 печатных статьях и тезисах докладов конференций. Результаты работы докладывались на следующих конференциях: Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (Таганрог 1994); краевой научной конференции молодых ученых "Современные проблемы экологии": второй Всероссийской научно-технической конференции с международным участием (Таганрог 1995).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 работ, перечисленных в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, примечания, списка литературы. Общий объем диссертации составляет 162 страницы. Из них 124 страницы машинописного текста, 1 таб-" лица, 37 страниц рисунков и список литературы из 75 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава носит обзорный характер и содержит краткие сведения о размерных эффектах в диодах, транзисторах, МОП структурах.

Кратка рассмотрены физические процессы, протекающие в

"длинных" и "коротких" диодах. Показано, что прямой ток в "длинных" диодах очень сильно зависит от отношения толщины базовой области к длине диффузионного.смещения, а в диодах с "короткой" базой обратный ток определяется не длинной диффузии, а толщиной базы.

' Рассматриваются физические процессы в транзисторных МТОП структурах, имеющих коэффициент усиления по току в схеме с обшей базой « > 1 в том случае, когда поверхность полупроводника в исходном состоянии обогащена основными носителями. Показано, что физическая модель, связывающая усиление тока перераспределением напряжения между окислом и ОПЗ, не объясняет все наблюдаемые экспериментальные результаты. Отмечается, что особенности токопереноса- в структурах МГОП можно объяснить, если учесть важную роль в этом процессе поверхностных состояний. Токоперенос через структуру может сопровождаться возникновением эффекта неустойчивости тока (НТ), проявляющейся в возбуждении "спонтанных" колебаний в контакте МТОП и связанной с периодическим опустошением и заполнением ПС. Отмечается важная роль в развитии НТ различия площадей базового и МТОП контакта, а в транзисторных МТОП структурах площади р+-п-пе-рехода.

Кратко рассмотрены основные результаты по исследованию структур МТОП с р+-п-переходом. Отмечается, что необходимым условием для существования колебаний является наличие р+-п-перехода с площадью, значительно превышающей площадь контакта МТОП ' (распределенного р+-п-перехода) и окисла в МТОП контакте толщиной от 2 до 3,5 нм. На основании рассмотренных работ сделан важный вывод о влиянии размерных эффектов на параметры НТ и о необходимости проведения дополнительных исследований.

Рассмотрен размерный эффект в транзисторах, связанный с сужением ОПЗ коллекторного перехода, который при высоких плотностях тока приводит к тому, что диффузионная емкость коллектора и граничная частота начинают зависеть от тока.

Рассмотрены основные результаты работ по неустойчивости тока в слоистой структуре р+-п-р-п+ (называемой БИС-ПИН), у которой р+-п-переход является распределенным по всей площади кристалла, а структура п+-р-п представляет собой локальный транзистор. Отмечается, что для развития

НТ необходимо, чтобы ширина квазинейтральной области п-слоя под запирающим контактом была меньше, а расстояние между контактами больше, чем диффузионная длина LD неос-hoeh-jx носителей в высокоомном слое.

На основе проведенного обзора работ сделан вывод о недостаточном исследовании размерных эффектов в структурах МТОП и ЕИСПИН, и сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе изложены технология изготовления образцов и методика исследования неравновесных электронных процессов в транзисторных МТОП и БИСПИН-структурах.

Для изготовления образцов использовались кремниевые структуры с подложкой р+-типа с р=0,03 Ом см, на которой выращивался эпитаксиальный слой n-типа толщиной 15-20 мкм и р=2,5 Ом* см. К р+- и п-областям формировались омические контакты. Процесс формирования туннельно-тонкого окисного слоя толщиной 2-4 нм проводился при температуре 750°С и давлении 10~2 мм. рт. ст. в течение 10-15 мин. Перед процессом окисления пластины обезжиривались в амиачно-пере-кисном растворе Ш40Н:Нг02=1:1:4 при 75-80°С в течение 5 мин и освежались в травителе НШз:НР: СНзС00Н=40:1:1. Для создания активного контакта (АК), использовались метод низкотемпературного приплавления эвтектического сплава к полупроводниковой пластине с предварительно сформированным туннельно-прозрачным слоем окисла. Для этого на окисную пленку помещались навески эвтектического сплава, а затем производилось нагревание в вакууме до температуры 500°С и выдержка при этой температуре с последующим плавным охлаждением до комнатной температуры. Параллельно формировался омический контакт к р+-области структуры вплавлением индия.

Для изготовления БШШН-структур использовались описанные выше кремниевые эпитаксиальные структуры, однако, АК формировался в виде локального транзистора, создание которого производилось методами диффузии посредством стандартного процесса литографии. Диффузия в базу акцепторной примеси производилась при температуре 1000°С в течении 7 минут . Затем в созданный р-слой производилась диффузия при температуре 1000°-1200°С доноров, и. создавался п+-слой. Омический контакт к п+-области создавался путем

предварительного напыления золота с добавками сурьмы.

Исследование размерных эффектов в структурах с распределенным р+-п-переходом производилось на установке, позволяющей измерять вольтамперные характеристики (ВАХ), фотоэлектрические характеристики, зависимость полного дифференциального сопротивления от напряжения на АК, распределенное сопротивление п-области (базы), параметры колебаний. Для исследования полного сопротивления структур применялся специально разработанный для этой цели мостовой измеритель емкости, который позволял измерять на частотах 150-1600 кГц при подаваемом на образец переменном напряжении не более 20 мВ и постоянном обратном напряжении на АК 0-10 В активную составляющую дифференциального сопротивления в пределах 102-10б 0м и шунтирующую его емкость в пределах от 5 до 1000 пФ с точностью не менее 10 %.

Измерения распределенного сопротивления проводились методом амперметра-вольтметра по специально разработанной методике с точностью не менее 10 %.

В третей главе приведены семейства ВАХ и фотоэлектрические характеристики структур с различными АК при подключении их к источнику по схеме, аналогичной подключению транзистора по схеме с общей базой. Анализируются физические процессы, приводящие к появлению на ВАХ участков отрицательного сопротивления (ОС) и отрицательной проводимости (0П). Наряду с анализом механизма появления положительной обратной связи по току и напряжению, приводящей, соответственно, к появлению ОС и 0П, подробно рассматриваемого ранее и связанного с физическими'процессами в самом АК, детально рассмотрен механизм возникновения положительной обратной связи по току и напряжению, обусловленный наличием распределенного сопротивления базы, то есть непосредственно связанный с размерными эффектами в структуре. Приводятся результаты экспериментальных исследований влияния на ВАХ толщины базы и расстояния между контактами, определяющими распределенное сопротивление базы образца г в.

Установлено, что величина г6 может существенно влиять на ВАХ и фотоэлектрические характеристики образцов. Это влияние обусловлено тем, 'что за счет величины Гй участок распределенного р+-п-перехода под ' АК может приобретать прямое смещение, инжектируя в базу дырки. Особенно важную

роль этот процесс играет в структурах БИСПИН.

Проведен сравнительный анализ ВАХ структур с активным контактом МГОП и БИСПИН. Рассмотрены типичные ВАХ МТОП и БИСПИН структуры, которые свидетельствуют о наличии в структурах двух механизмов положительной обратной связи. Первый механизм обусловлен наличием положительной обратной связи (ПОС) в самом контакте, а второй механизм связан с распределенным сопротивлением базы.

Для выявления размерных эффектов, связанных с расстоянием между АК и омическим'контактом, были проведены исследования вида ВАХ МТОП и БИСПИН-структур от расстояния между контактами, а для образцов БИСПИНа дополнительные исследования зависимости вида ВАХ от площади АК.

Приведены результаты впервые проведенных детальных исследований зависимости полной дифференциальной проводимости обоих типов структур от напряжения на АК, которые указывают, на то, что особенности электрофизических свойств структур с распределенным р+-п-переходом обусловлены коренной перестройкой ОПЗ АК при наличии на нем обратного напряжения Ua- Необычным и, казалось бы, парадоксальным является то, что с увеличением Ua барьерная емкость Са как МТОП АК, так и БИСПИН АК возрастают, причем на р+-области структур возникает плавающий потенциал Up. С некоторого значения Ua=UaK величина Up превращается в пилообразные колебания, амплитуда которых почти достигает значений Ua, а в АК возникают импульсные колебания тока. Обнаруженные особенности электрофизических свойств объясняются тем, что при наличии обратного напряжения на АК происходит экстракция неосновных носителей из n-области (базы) и далее из р+-области, приводящая в итоге к заполнению базы неосновными носителями. Этот процесс обсуждался кратко ранее, но на основе полученных нами впервые экспериментальных данных по исследованию полной проводимости возможно более полное его рассмотрение, поскольку именно этот,процесс определяет особенности электрофизических и фотоэлектрических характеристик структур с распределенным р+-п-переходом. Существенно отметить, что процесс заполнения базы неосновными носителями происходит не только за счет их экстракции, а также и за за счет включения локального участка р+-области под АК в прямом направлении, о чем свидете-рствуют резуль-

таты исследовании зависимости ВАХ от распределенного сопротивления базы. Обнаруженное возрастание емкости Са в 8-15 раз под действием иа=1,5-5 В свидетельствует о существенной перестройке ОПЗ активного контакта за счет распределенного р+-п-перехода, если он имеет площадь, не менее чем на 1-2 порядка превышающую площадь АК. Расчет избыточной концентрации дырок Др в базе по величине дифференциальной проводимости находящегося под обратным смещением АК, а так же оценки Др по величине емкости, свидетельствуют о том, что величина Др при напряжениях на АК 1,5-5 В, близких к развитию неустойчивости тока, на один-два порядка превышает концентрацию доноров в п-облас-ти, распределенного р+-п-перехода. В этом случае заряд на поверхностных состояниях МТОП-контакта целиком компенсируется не ионизованными донорами, а дырками. Таким образом, мы имеем здесь ситуацию полностью противоположную случаю реализации барьера Шоттки, и уравнение Пуассона для АК можно записать в виде:

4>(х) - распределение потенциала в ОПЗ, зависимость Др(иа) учитывает тот факт, что каждому значению 11а соответствует определенное значение Др, и величину иа можно в уравнении (1) считать параметром. Интегрируя уравнение (1) с начальными условиями ф»0,• с1ф/с1х-0, при х=1 и ч»-фо при х-0, где 1 - ширина ОПЗ, получаем:

с32фСх) еДр (1)а)

(1)

с1х2 еео

и барьерная емкость ОПЗ АК равна:

(3)

5 - площадь контакта. Величину 1 можно рассчитать непос-

редственно по измеренной емкости Са. Расчет показывает, что значение 1 при напряжениях иа-(1.5-3) В лежит в пределах Ю-5 - 10~б см, что сравнимо с длиной экранировния Де-бач.

Определяя по уравнению (2) концентрацию Др, получаем Др=5 1016 - 1017 см-3. Результаты исследований показывают, что проводимость активного контакта линейно увеличивается с увеличением иа.' Поскольку эта проводимость обусловлена экстракцией дырок из базы, можно сделать вывод, что Лр линейно зависит от 1)а

Др=К(иа - и0) (4).

Подставляя выражение Др из (4) в (3), получаем:

1/2

Са - С0(иа - и0) (5)

где Со-Б

Кееео >,1/2

- (6).

2<?о '

Зависимость (5) хорошо подтверждается экспериментально.

Поскольку для образцов БИСПИНа также характерна зависимость вида (5), физические процессы, определяющие резкое возрастание тока через АК и приводящие в итоге к появлению неустойчивости тока, похожи на процессы в образцах с МТОП-контактом. Как было установлено ранее, процессом, вызывающим неустойчивость тока с контактом МТОП, является туннельная эмиссия электронов из ПС. Причем, даже при 1= 10~5 см и напряжении 2-3 В на АК, напряженность поля в ОПЗ оказывается достаточной для ионизации ПС. Неустойчиврсть . тока в БИСШН-структуре возникает при более высоких напряжениях иа, поэтому, как показывают оценки, накопление дырок в базе может сузить ОПЗ р-п-перехода локального транзистора настолько, что напряженность поля становится достаточной для непосредственной эмиссии электронов из ^-области в п-область распределенного р+-п-перехода. Распределение избыточных дырок Др в базе требует дополнительного рассмотрения, однако, результаты исследований зависимости

г

емкости распределенного р+-п-перехода СЕ и его дифференциальной проводимости 6Р совместно с емкостью Са от иа позволяют сделать вывод, что заряд избыточных дырок Дра, компенсирующих отрицательный объемный заряд в АК, и заряд дырок Лр2, компенсирующих объемный заряд ионизированных акцепторов в р+-п-переходе локального транзистора, с некоторого напряжения иа смыкаются. Таким образом, на основе исследований полной дифференциальной проводимости структур с распределенным р+-п-переходом впервые непосредственно установлен размерный эффект сужения ОПЗ АК структуры до значений сравнимых с длиной экранирования Дебая.

Приведены результаты исследований зависимости динамических электрических характеристик структур (длительность импульса, период колебаний, амплитуда колебаний, критическое напряжение их возникновения) от площади АК и расстояния между АК и выводом базы. Экспериментальные результаты достаточно хорошо согласуются с приведенной выше моделью, в основе которой лежит процесс заполнения базы неосновными носителями и связанным с ним размерным эффектом сужения ОПЗ.

На основе исследований по зондированию п-области структуры локальной полоской света, установлено влияние местоположения полоски на длительность импульсов, возникающих в АК. Анализ экспериментальных данных, полученных в результате этих исследований, позволяет сделать вывод, что фотоэлектрические процессы при освещении участков структуры светом с длиной волны 0,4-0,9 мкм, расположенных на расстоянии 0,5-1,5 мм от контакта, определяются диффузионной длиной Ьр, а на расстоянии менее 0,5 мм длиной дрейфа Ье- В виду того, что Ье зависит от напряженности поля в ОПЗ и базе, делается вывод, о возможности появления через эту величину положительной обратной связи по напряжению в АК. Таким образом, впервые установлено, что фотоэлектрические процессы в структурах определяются еще одним размерным эффектом, а именно, зависимостью-фотоэлектрических характеристик от локализации падающего на образец излучения. На основе этой зависимости проведена оценка распределения электрического поля Е в структуре. Установлено, что на расстояниях порядка 10~2 -' 5 10~3 см от АК Е не превышает 10 В/см и, следовательно, физические процессы, опре-

делящие ВАХ, локализованы на расстояниях не более 10~3 -5 Ю-4 см от АК.

Четвертая глава посвящена функциональным приборам на основе эффекта НТ в слоистых транзисторных структурах с распределенным р+-п-переходом.

При исследовании зависимости фотоэлектрических характеристик МТОП структуры от толщины базы, проведенных на образцах с базой, выполненной в виде клина, было установлена, что зависимость частоты от локализации излучения луча лазера на поверхности базы f(х) при X > имеет максимум Гм(х). На основе анализа зависимости времени жизни носителей от степени легирования полупроводника установлено, что €(хи) должна наблюдаться при глубине поглощения, соответствующей глубине залегания р-п-перхода. Этот вывод находится в достаточно хорошем согласии с результатами эксперимента.

На основе обнаруженного эффекта разработан датчик координаты, преобразующий аналоговое изменение перемещения в частоту следования импульсов тока. Чувствительность датчика, определяемая как приращение частоты к координате, составляла 16 кГц/мм. Спектральная чувствительность лежит в пределах 0,59-1,1 мкм. Амплитуда выходных импульсов 0,5-4 В. Потребляемая мощность составляет 2-10 мВт при напряжении питания 4-10 В, соответственно. Погрешность измерения координаты в диапазоне от 0 до 2 мм не превышает 2 %. Ввиду большой крутизны фронта импульса датчик хорошо согласуется со схемами, реагирующими на фронт импульса и, в частности, с ЭВМ.

Проведены исследования зависимости параметров колебании от температуры. Установлено, что температурная зависимость частоты колебаний существенно зависит от.величины тока 1р-п, протекающего через распределенный р+-п-переход. При малых 1с_п (до 20 мкА) наблюдается близкая к линейной' зависимость частоты колебаний от температуры. При 1р-п более 20 мкА частота колебаний практически перестает зави- . 'сеть от температуры. ' , 1

. Проведенные исследования позволяют, с одной стороны разработать датчик температуры с частотным выходным сигналом, а с другой стороны позволяют разработать метод температурной стабилизации колебаний.

'На основе полученных по результатам исследований размерных эффектов при разработке датчиков были выбраны оптимальные геометрические размеры контактов и расстояния между ними.

Заключение.

1. Проведенный анализ работ по токопереносу в слоистых структурах с распределенным р-п-переходом показывает, что электрофизические и фотоэлектрические процессы являются размерными, поскольку возникают лишь при определенных соотношениях размеров рабочих областей структур и определенном значении их в сравнении с характерными константами (длина экранирования Дебая, диффузионная длина, длина дрейфа).

2. Исследованы семейства ВАХ и структур с распределенным р-п-переходом с активными контактами двух типов в виде МТОП и в виде локального п+-р-п-транзистора, и впервые проведен их сравнительный анализ.

3. Впервые проведены исследования по влиянию на электрофизические характеристики структур с распределенным р-п-переходом и активными контактами двух типов и параметры колебаний, возникающих в структурах, площади АК, толщины базы, расстояния между АК и выводом базы.

4. Впервые исследована зависимость полной дифференциальной проводимости структур ба, от напряжения на АК. Установлена и объяснена аномальная зависимость емкости АК Са и р+-п-перехода Св и их проводимости от обратного напряжения на АК иа, состоящая в том, что с ростом иа емкости Са и Ср к проводимость АК и р+-п-перехода увеличиваются. На основе исследования установлен размерный эффект уменьшения 01В АК структуры до значений сравнимых с длинной экранирования Дебая.

5. Проведено решение уравнения Пуассона для области пространственного заряда АК МТОП структуры, результаты которого хорошо согласуются с экспериментальными данными. На основе анализа полученных результатов подверждена модель, объясняющая особенность электрофизических и фотоэлектрических свойств структур с распределенным р+-п-переходом заполнением участка базы под АК неосновными носителями.

6. Установлен размерный фотоэлектрический эффект, состоящий в том, что при локальном освещении области базы

структуры на расстояниях от АК более диффузионной длины влияние излучения на фотоэлектрические характеристики структур определяется процессом шунтирования р+-п-перехода фототоком. При локальном освещении базы на расстоянии от АК 0,5 - 1,5 мм фотоэлектрические характеристики определяются длиной диффузии неосновных носителей, а при освещении на расстояниях менее 0,5 мм - длиной дрейфа неосновных носителей.

7. На основе результатов исследований размерных эффектов, фотоэлектрических и электрических характеристик структур разработаны принципиально новые датчик перемещений и датчик температуры.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Еарышев М.Г. и др. Функциональный датчик температуры // Деп. в ИНИОН РАН 20.01.94. N 155-В 94.

2. Еарышев М.Г., Датчик с частотным выходом для контроля температуры окружающей среды Тез. докл. краевой научн. конф. // Современные проблемы экологии.- Краснодар, 1994.-С.17-18.

3. Муравский Б.С., Яманов И.Л., Барышев М.Г., Гамазов A.A. Транзисторная структура с распределенным р-п-переходом как элемент функциональной электроники Тез. док. Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. // Актуальные проблемы твердотельной электорники и микроэ-лекторники.- Таганрог, 1994.- С.55.

4. Барышев М.Г., Муравский B.C., Черный В.Н., Яманов И.Л. Фотоэффект в эпитаксиальной р+-п-структуре с п-областью переменной толщины и контактом туннельный окисел-металл // Физика и техника полупроводников. -1995.- Т.29.- N.1. С.91-95.

5. Барышев М.Г., Черный В.Н., Рубцов Г.П. Датчик перемещений на основе транзисторной структуры с распределенным р-п-переходом Труды, док. II Всероссийской научно-технической конференции с международным участием // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники.-Таганрог, 1995.- С.57.

6. Муравский Б.С., Еаршпев М.Г., Ильченко Г.П. Электрофи-

зичеокие свойства структур с распределенным р-п-переходом и функциональные приборы на их основе Труды док. II Всероссийской научно-технической конференции с международным участием // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники.-Таганрог. 1995.- С.59-61.