Релаксационная спектроскопия глубоких уровней в n-v-n и n-пи-р-структурах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН НПО «ФИЗИКА—СОЛНЦЕ» им. С. А. АЗИМОВА ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. С. В. СТАРОДУБЦЕВА

Б ОД

л „ ..... На правах рукописи

3 Л 01(1

УРМАНОВ Надыр Алимович

РЕЛАКСАЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ГЛУБОКИХ УРОВНЕЙ

в п — V — п и п — л— р-структурах

Специальность 01.04.10.—физика полупроводников

и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Ташкент — 1995

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. С. В. Стародубцева НПО «Физика—Солнце» им. С. А. Азимова АН РУз.

Официальные оппоненты:

Член-корреспондент АН

Республики Узбекистан, доктор

физико-математических наук Р. А. Муминов

доктор физико-математических

наук, профессор О. В. Константинов

доктор физико-математических

наук, профессор С. Зайнабидинов

Ведущая организация: Санкт-Петербургский Государственный технический университет, г. Санкт-Петербург.

Защита состоится « ]до") г п $ ЧЯг

на заседании Специализированного совета Д 015.08.21 при Физико-техническом институте НПО «Физика—Солнце» АН РУз (700084, Ташкент, ул. Г. Мавлянова 2Б).

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке АН РУз.

Автореферат разослан _» |г

Ученый секретарь Специализированно- /

го совета Д 015.08.21, доктор техниче-С^^^-У

ских наук профессор ^П^^^^^-РГРуАВЕЗОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Спектроскопия глубоких уровней, т.е. получение сведений о концентрации глубоких центров, их энергетической структуре и других параметрах, определяющих электрические и оптические свойства центров является важным направлением в физике полупроводников. Эти сведения необходимы при изучении природы разнообразных явлений, обусловленных присутствием в материале глубоких центров. Они широко используются при решении практических задач полупроводникового материаловедеиия я приборостроения. Среди методов спектроскопии глубоких уровней лидирующее положение заняли в последнее время релаксационные методики. Релаксация емкости обратно смещенного р — в-перехода лежит в основе емкостной с' ин троскопии — мощного комплекса методик изучения глубоких ненгг ив, который эффективен в случае сравнительно яиэкоомлых материалов. Для сильно компенсированных и перехом-пенслрованных материалов нет столь же хорошо разработанного и эффективного инструмента. Создание новых релаксационных методик и развитие существующих для исследований этих материалов представляет актуальную задачу. Высокоомный материал, получаемый путем компенсации глубокими примесями или облучения интересен как объект для изучения специфических явлений, обусловленных присутствием глубоких центров, и как материал для ряда практических применений.

Целью работы является теоретическое и экспериментальное исследование релаксационных процессов в диодных структурах, главным образом п — и — п- яп — г — р-тича, на основе сильно компенсированных и перекомпенсированных полупроводников. Это исследование включает; изучение новых релаксационных явлений, их использование для решения.спектроскопических задач; развитиие традиционных и нетрадиционных спектроскопических методик и их и применение для изучения глубоких центров в практически важных материалах — кремнии, СаАл и твердый раствор А1хХ*а1-хАя. Основными релаксационными методиками были измерения термсстиыулмроваи-иого тока (ТСТ), термостимулированной емкости (ТСЕ), изотермической релаксации емкости (ИРЕ), нестационарного импульсного тока, ограниченного объемным зарядом (ТООЗ).

Научная иовизда Предложен л теоретически обоснован новый

•м 1члд изучения глубоких центров а перекомленсировшшоы полупроводнике из измерений «ереходного ТООЗ и доработан известный метан импульсного нестационарного ТООЗ. Показано, что комбинация этих методов является эффективный инструментом для измерений времени захвата и скорости эмиссии в высокоомном полупроводнике, содержащем глубокие центры нескольких типов. Эта комбинация применена к кремнию, перекомиенсировашюму облучением большими дозами нейтронов. Ипервые такой материал, имеющий сложный спектр глубоких уровней и специфическое пространственное их распределение, исследован релаксационной методикой. > В п-ч-«-структурах из облученного кремния экспериментально обнаружено аномальное поведение ловушечной емкости в зависимости от частоты и температуры. Теория импеданс:: диэлектрического днода с ловушками, построенная в приближении виртуального катода, не состоятельна при его объяснении. Показано, что результаты количественно согласуются с теорией, учи 1 ывающей особенности инжекционных свойств п '•'-контакта к компенсированному полупроводнику.

Обнаружен долговременный нелинейный электрический переходный процесс в кремнии, связанный с особенностями монополярной инжекции в компенсированный полупроводник. Показало, что долговременная релаксация а целом хорошо списывается теорией кон-тактьой нелинейности, ко имеет неизвестные ранее закономерности, обусловленные перезарядкой двух глубоких уровней.

Предложен новый механизм полевого гашения устойчивой фотопроводимости за счет ограничения тока из контакта объемным зарядом на ловушках. На его основе удается объяснить как результаты, полученные в диссертации для облученного кремния, так и некоторые закономерности, описанные в литературе для других материалов.

Показано, что при изготовлении сплавных контактов к кремнию, компенсированному кадмием, в месте контакта образуется «/-слой. При изучении уровней кадмия он существенно влияет на данные емкостных измерений и не сказывается на холловеккх измерениях С помощью последних определены уровни кадмия в кремнии.

Построена теория изотермической и термостимулированной релаксации емкости и тока, для модели п - к - р-лерехода без каких-либо ограяичелий на уровень легирования низкоомных областей и

концентрационные профили мелких и глубоких центров. Эта теория объясняет ллирокнй круг аномальных явлений к спектроскопии глубоких уровней и ш: требует придания глубоким центрам особенных свойств. Эти явления обнаружены и детально исследованы в диссертации в СаЛл и некоторые из них описаны в литературе.

Предложены способы вычисления и выполнены распеты характерных точек спгктроя ТОТ и ТСЕ для одностороннего перехода с начальной поляризацией и двухстороннею перехода, изготовленных из компенсированных полупроводников, в закисимости от параметров перехоцсв. Решены задачи о ТСТ в р — п-переходе с большям последовательным сопротивлением и в п - я — р-переходе с учетом сопротивления т-облас,ти. Изучена трансформация спектров, обусловленная наличием сопротивления. Найдено новое условие максимума ТСТ и аномальной, максимума ТСЕ в п— зг — ;>-переходе. Максимумы соответствуют момеьту входа границы области пространственного заряда (ОПЗ) в ^-область.

Экспериментально изучены основные проявления аномальной релаксации емкости и тока в и — тг - р-переходе: немонотонный (с экстремумами) характер кривых изотермической релаксации тока и емкости, а также термостимулированной релаксация емкости; дуплеш и пики треугольной формы в спектре термостимулнрованного тока; сллшыЛ сдвиг пика ТСТ в сторону высоких температур. Установлена природа аномалий: они возникают при перезарядке одного типа центров и обусловлены пространственным распределением объемного заряда н не связаны с какими-либо специфическими свойствами глубоких центров или наличием нескольких типов центров. Предложенный механизм немонотонной релаксации тока предполагает инверсию электрического поля в гг-области и образование в результате гигантской подвижней повушхи.

Экспериментально и теоретически показано, что в слабо асимметричном переходе на основе сильно компенсированного полупроводника (частный случай указанной модели) аномальная (немонотонная) релаксация емкости вызывается асимметрией скорости эмиссии и неоднородными профилями мелких примесеи в одной или обеих сторонах перехода.

С помощью комплекса взаимно дополняющих методик экспериментально изучены глубокие центры в структурах из жидкофазного йаАз и Л1тСа1.хЛа, легированных хромом и железом и имевших

слой высокоомного магеричла. Использованы метод ТОТ, ИРЕ, импульсный метсщ и различные варианты методики температурной зависимости импеданса, в том числе оригииальная методика, позволяющая дополнительно определить профиль удельного сопротивления высокоомной об .част и структуры. Предложены и апробированы схемы анализа спектров ТОТ, предназначенные для однозначной идентификации пиков и определения скорости эмиссии. Вияилеио наличие уровнен А- и П центров, хрома, келеза, комплекса.-с участием железа и меди.

Практическая ценность. Разработанная аппаратура для измерение снектрои ГСТ, иснользовашше способы анализа этих спектров, теоретические результаты по релаксации емкости и тока в сложных р - «-структурах, теория и техники методов нес гационарного импульсного Т003, способ анализа импеданса диода с неоднородной базой из перекомпенсировапного материала, способ выявления уточек по понерхности ногу г бшь исполь'шьанм в практической спектроскопии как в лабораторной практике, так я в промышленности при контроле качества материма. Нилучеиные сведения о неконтролируемых центрах и свойствах слоев, компенсированных хромой и железом, могут быть использованы при совершенствовании тзхноло-гин выращивания.

На защиту выносится :

1. Релаксационный метод определении времен» захвата н скорости термической эмиссии, основанный на изм^релинх переходною ТООЗ и его применение ь комбинации с методом импульсного ТООЗ к кремнию, переьомпенсированному облучением нейтронами.

2. Экспериментальные доказательства справедливости теории импеданса диэлектрического длцда, постепенной с учетом нчжек-ционной способности контакта к коыпеисирочанному полупроводнику.

3. Закономерности и механизм формирования нелинейного юково-го переходного процесса в кремнии при вовлеченности в процесс двух глубоких уровней.

4. Механизм гашения устойчивой фотопроводимости, учитывающий иаругпеш.е нейтралышстн обрата.

5. Теория релаксации емкости и тока для общей модели г» -- г — р-перехсща как ослопа релаксационной спектроскопия в сложных р — п структурах на основе силмю чи'с/гмспровамных и пер«-конненскролянных материалом.

(Î. Расчеты характерных точек спектров TCR и 'ГСТ для переходов на. основе сильно комиоленрочанных нолупротюдннкоп и п-ж—р-»<>рг\одо1; с аномальной релаксацией.

7. Расчет снектроп 'ГСТ в аожимх Р ~ »-сг|>\ктурах с учетом послтонял слытю сопротивления.

8. Экспериментальные ис.слепсчмния аномальной релаксации и ее природы в сзрукгурах из GaAs.

0. Результаты комплексного исследования эпитаксчальиых слое» СпАя и ,'ИХС7<»; -хЛз, легированных хромом и жетезом, включающего изучение глубоких уровней и однородности слоеч.

Апробации роботы. Осионные результаты работы докладывались на IV Всесоюзном сонсшашш но исследованию арсенила галлия (Тонек, 1974г.), на Вмсогоэнон конференции по физическим процессам в иплз'яроподникояых гетсроструктурах (Лгт.абад, 1978 г.), на П Всесоюзном саппшнии по глубоким уровням к нолупрокчцтках (Ташкент, l'JSU г.), на Всесоюзной конференции но физике соединений ЛЯИЯ (Вояос!;0ирск, 1931 г.), на на JX Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Баку, 1!>82 г.), на X Всесоюзной -енфе-р'ччип; по фчэнке нолупроготннтоп (Минск, г.). на XI Всесоюзной конференции но физик, полупроподникпа (Клтинеп, 1938 г.), ла X11 Всесоюзной конференции по физике цолунр'п'.одиичоп Плис» , 19-90 г.), на HcpEnii пзционалм'чй конференции "Дефекты в полупроводниках" ('С'.чпкт- IJe-jopiî\pv, Ш2 г.).

ПуОлпкацни. Основные материалы диссертации опубликованы э 27 печати!,ix работах, список которых пригодится » копне автореферат а.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, изложена на 23G страницах. Ояз включает 85 рисунков, 3 таблиц и au',со-: литературы из 212 наименования.

г

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введения о'юсмоьана актуальность темы, указана цель диссертационной работы, приведены основные результаты и положения, выносимые на защиту. Перпая глава посвящена методике эксперимента. В ней описаны специально разработанные крноста-ты и устройство для управления температурой образца ь крноста-те, которые применялись при измерениях ТСТ, ТС Б, ИРЕ, нестационарного импульсного ТООЗ, и эффекта Холла. Описаны также экспериментальная техника основных м ею до в и электрическая осей а измерений эффекта Холла в вьЛокоомных материалах.

Линейный нагрев ира ч шерениях ТСТ и 'ГСВ осуществлялся автоматически с помощью указанною устройства, которое обеспечивало получение нескольких фиксированных скоростей нагрева в интервале 0.1 -г 1 К/с. Стабильность температуры в криостате при изотермических измерениях была не хуже 0.1 К.

Вторая глава посвящена исследованию радиационных дефектов в кремнии методом нестационарного ТООЗ. Изучен высокоошшй (перекомяенсированный) материал, полученный в результате облучения большими дозами нейтронов, при которых »шелл место полная компенсация мелких примесей радиационными дефектами. Методы емкостной спектроскопии, позголяющие измерить время захвата носителей на цент]) г и время жизни захваченного носителя на центре Тв, мало пригодны для изучения подобных материалов.

Из электрических методов, используемых для изучения радиационных дефектов (РД), в случае кремния, облученного большими дозами игйтронов, практическое применение нашел на момент наших исследований только аффект Холла. Измерения статических токов ионополярной инжекции, гиполпенпые нами в облученных п+ — п — «"''-структурах, показали, что в большинстве случаев имеет место режим предельною заполнения ловушек (ПЗЛ) и папучшие информации о глубоких уровнях из этих измерений аатрудник^ию. В данной главе применяются электрические релаксационные методы, основанные на измерениях I. шульсяого нестационарного ТООЗ. Были использованы известная ранее методика сдвоенных иьлудьсов и новая методика импульсного переходкого ТООЗ. Последняя «ред-ложена и теоретически обосновали в диссертации для случая, когда в материале присутствуют лоиудши нескольких типов.

В методике сдвоенных импульсов на диэлектрический диод с ловушками подаются два импульса напряжения с регулируемым временным интерпалом между импз'льсами. Носители, инжектированные в базу лнеща первым импульсом, ззхггтшдатся лопушками. В паузе между импульсами происходит термическое опустошение ловушек. Амплитуда тока ¡2 второго импульса ограничена объемным зарядом, который еще остался на ловушках к моменту прихода второго импульса. Зависимость ¡2 от »ременного промежутка мехшу импульсами либо является экспонеигой с постоянной времени 1/е„ (е„ — скорость термической эмиссии ) для уровня, слабо -.¿полненного в равновесии, либо является прямой с наклоном ~ п<е„ в случае уровня, заметно заполненного в ршшонесин (п, — равновесная концентрация электронов на уровне). Спад тока после того, как в диоде установился идеальный ("бе охватный") 'ГООЗ 1ц определяется постоянной времени захвата т. В диссертации проведен анализ применения метода в случае присутствия в базе диода ловушек нескольких тягов. В этом случае может оказаться, что зависимость /2(1) связана с одним уровнем, а начальный участок спада — с другим. Если измеренные г л га определяются одним и тем же уровнем, то отношение т/гд должно совпадать с величиной фактора прилипания В, наГщеипой из отиошетп токов 1Лрц {1Л — ловушечный ТООЗ). Рассмотрена ситуация, когда имеются два уровня, таких что п < гг, а С'2. Показано, что в этом случае можно определить т1 и гг1, используя достаточно короткие импульсы напряжения.

Измерения выполнены на п — V — п-днодах, которые представляли собой облученные п+ - л - п+-структуры типа "сэндвич" с ■»питакспальной гс.-областыо . Компенсирующими уровнями и выо коо-мной области являлись уремии радиационных дефектов. Измерения проведены на трех типах диодов с различной энергией зктина-дии равновесной проводимости Ев:0.28, О.'12 и 0.55 эО. 13 образцах последних двух типов зависимости 1?{1) соответствовали теоретическим для сильно {Ев — 0.11 :>13) й слабо (0.55) заполненного уровня Ее ~ 0.41 эВ, который приписан £'-центру -- комплексу вакансия-сурьма. Измерения 7.,//,-;, г, Гц показали, что ":>.хм~ и эмиссия см-зр.иы с оциим тем же уровнем. Это позволило найти сечение захвата электрона Е-центром. Лля образца с Е„ — 0.2? о В использована техника коротких импульсов и другой температурим» интерлал. Аналогичным образом установлено наличие уропня Л-псшроя 1'7С — 0.17 э!3.

При этом были шчерена зрнисимость га{Т) при температурах, боксе высоких, мен использованные к литератур« при измерениях СМКОСГ-НЫ!; 1К:Ч(; ТОЙ и Г)1|Р. Результаты для скорости эмиссии н сечения захвата находятся и нроиосхцшюм согласи» с шмературмыми данными. 11|>н эточ найдено, что время чах пата ни Д-цеитри злыкит <11 напряжения I', нмлольку Зависимость ¡¿(V) била линейной, а ¡и^У) бни >ьа к Ь'ачращчноЙ. Этот эффект саязыв.чется с наличием в облученном полупроводнике пспенинального рельефа дна зоны.

В этой же глаке предложен, теоретически обоснован н использован новый релаксационный метон,,онределения врменн захвата т, и времени жизни г«. Метод предназначен для высокоомного полупроводника, содержащего лопушки ли) л и более типов. Его применение для образца с Е, — 0.28 ->Н о комбина1 и и с чсподьзиван-ным выше позволило увеличить число агитируемых уровней. Метод основан на том, что при наличии в полупроводнике, например, двух уровней возможен переходный процесс, при котором носители тока, инжектированные из контакта к захваченные н.ч одни из уровней, "переселяются" затем на другой. Релаксация ловушечного ТООЗ, связанная с подобными процессами, несет информацию о г, и ти уровней, участвующих в этих процессах.

При построении теории метода применен приближенный подход, который соответствует феноменологическому анализу а теории ТООЗ, и используется уравнение кинетики Шокли-Рида. Предполагается, ч то ловушки слабо заполнены в равновесии, а напряжение значительно меньше напряжения предельного заполнения ловушек. Расматриьэдтсл набор ловушек разного типа. Ловушки эффективно захватывают электроны и времена .захвата на ловушки разного тина и времена жизни на них сильно различаются и возрастают по мере увеличении энергии ионизации. Если к диоду с тьким набором лявушек приложить напряжение, то инжектированные электроны будут сначала захвачены на ловушки, для которых время захвата наименьшее (первый уровень). Затем часть электронов переселяется с этого уровня на следующий ^второй) в результате термичёс кого выброса в зону и последующего захвата. Постоянная времени про цесса, как показано в диссертации, есть произведение тд? на обратное отношение токов в состояниях, соответствующих квазиравновесию с ' зоной первого уровня и обоих уровней. Зго позволяет определить твз. Вел« в втором состоянии нагфий-сице уменьшить, то после рез-

-У/

кого начального уменьшения тока имеет место нарастании тока с той жи постоянной времени. Получены выражения, с помощью которых можно определить времена жиши и захвата д.чя остальных, более глубоких, уровней.

Этим методом выявлены еще три уровня в указанном обрате: верхний уровень дивакаисий Ес-0.22 эВ, уровни £о-0.3 и £7С — 0.36 эВ. Полученные значении времени жизни для первых двух из них практически совпали с литературными данными емкостной спектроскопии. Для последнего имеет место соппадение энергии ионизации, но значения времени жизни п 4 раза меньше литературных. Захпат на этот уровень ограничен барьером 0.09 эВ, который имеет, по-видимому, коллективную природу и связан с наличием в облученном нейтронами кремнии потенциального рельефа. В долинах между потенциальными г (»Сами имеется, значительное число заполненных в равновесии состояний этот уровня, термическая генерация с которых должна заметно ускорять переходный процесс. Отмеченное различие для времени жизни связывается с этим явлением.

Из стандартного анализа статической ВАХ образца вытекает, что имеется непрерывное распределение состояний в полосе энергий между 0.29 и 0.24 эВ ниже дна зоны. Сделал вывод о том, что значительный вклад в ьту полосу вносят дискретные уровни , выявленные релаксационной спектроскопией и расположенное внутри потенциальных горбов. Полоса заметно смещена вверх по сравнению с энергетическим положением этих уровней в однородном полупроводнике, ее состояния нельзч характеризовать единым сечением захвата.

Третья глава поспяшена иэучеигю'Япнений, связанных с особенностями тшжекши! в компенсированный полупроводник. В ней проведено исследование импеданса и долговременной релаксации тока в т» - V - «-структурах. Теория этих явлении разрабатывалась Сури-сом и Фуксом. Обнаружены и количественно объяснены особенности в поведении импеданса. Тем самым была доказана справедливость теории. Путем распространения теории на случай двух глубоких уровней удалось количественно описать долговременную релаксацию тока в кремниевых п — и - ц-структурах и предложить новый механизм полевого гашения остаточной проводимости в структурах этого типа.

При измерениях импеданса диэлектрического диода (ЛЛ), ко-

У 2.

торий представлял собой п - и — n-структуру на основе облученного кремния, ми обнаружили, что емкость диода, при низких частотах в согни раз превышает геометрическую и при частотах w > икр. уменьшается как Критическая частота экспоненциально зависит от температуры, энергия активации этой зависимости совпадает с глубиной залегании уровня радиационного дефекта. Такая зависимость ие объяснялась существовавшей теорией, построенной в приближении виртуального катода.

Аналогичное поведение описано в литературе для IUI, изготовленного компенсацией химической примесью. Природу этой аномалии, характерной для компенсироганныч полупроводников, удалось выяснить на основе теории Суриса-Фукг.а, построенной с использованием иных граничных условий. Эти условия учитываог определенный образом инжекнионную способность контактов, которая характеризуется параметром Ej, имеющим размерность поля. Эта теория дает зависимость C(J) указанного типа

С - Сгых .. V

14- (2и>/Пу)2 [ >

Частота П,- связана с равновесной концентрацией электронов в зоне проводимости « соотношением U¡ — qnl,¡TccüEj, (q — заряд электрона, L — толщина базы диода, eso — диэлектрическая проницаемость) и ее зависимость от температуры является поэтому актива-ционной.

Детальный количественный анализ эксперемеитальных данных проведен с учетом полевой зависимости подвижное ги и времени захвата. При анализе использованы параметры, найденные в независимом эксперименте при исследовании того же образца методом импульсного нестационарного ТООЗ. При анализе нужно знать отношение n/r, входящее й выраа;ение пля П;. Именно в ЛЛ имеется уникальная возможность найти это отношение указанным методом. Строго говоря, метод позволяет найти отношение ч./rBl но для условий измерения импеданса н/г = п,/гц.

Показано, что поведение импеданса хорошо, w-л каких-либо внутренних противоречий описывается рассматриваемой теорией. Параметры этой теории найдены путем согласования экгнеримен- 1 та и теорми. Кроне того они били вычислены но формулам теории на основе величин, полученных в независимом экспгримснте. Между

&

теми и друшми значениями было получено хорошее количественное согласие. Уменьшение емкости с ростом частоты при и> > il,¡2 возникает из-за уменьшения заряда на ловушках в базе диода за счет ¡перераспределения инжектированного заря. la между этими ловуш-клf.ïи и-контактом.

il;uiee в этой главе исследуются другие явления, обусловленные спецификой мопоиолярноЛ янжекции в компененропанный полупроводник. Подробно анализируются результаты двух типов экспериментов. D н — f— n-структуре на основе кремнии, компенсированного кадмием, обнаружен и исследован долговременный токовый переходный процесс при изотермических условиях. В п — и — п-структуре на огнове кремния, компенсированного облучением нейтронами, изучено полевое гашение остаточной проводимости.

Сплавление си;,.ma ,-hi(0.i%56) с кремнием л-тппа — хорошо известный способ получения низкоемпых контактов. В случае кремния, частично компенсированного кадмием, в месте цплавле-ния контакта образуется /1 - v — n-струк гура. В результате сопротивление между двумя контактами г„ резко возрастает при понижении температуры и при измерениях имеет место долговременный токовый переходный процесс. Вывод о наличии 11 — v - п-структуры сделан на основе комплекса исследований, который включал измерения электропроводности, эффекта Холла, подвижности, вольтам-лерных характеристик. Обсуждение долговременной релаксации на основе теории контактной нелинейности Суриса-Фукса проведено на количественном уровне. Необходимые сведения о глубоких уровнях получены из анализа холловских данных и частично взяты из литературных источников. Попутно показано, что кадмий в кремнии создай 1 два акцепторных уровня при энергиях Ес — 0.33 и Ес — 0.55 эВ. Приконтактная »/-область возникает в результате ее обогащения центрами неизвестной природы с энергией ионизации около 0.4 эВ.

По теории реакция п+ - и — »^-структуры на "внезапное" изменение напряжения от Vj до V2 ( Vj > Vj) такова, что везлюжен нелинейный переходный процесс для тока I

/„-/(О fço-f н (

---- — ----ехр'--—

Ht) h

m «

[., - /Cv ехр (

{ /, \

Здесь - стационарный ток при V = Г2> - началииий ток, Д V - скачок напряжения. IIa значительной части обнаруженной пани до.поьременной релаксныи зависнмосгь 1(1) имела вид (3). При 3'iüii имелись f\ iH<'.; i i'fiiHi п.. расхождений с теорией: величина Щ1 в с.опы раз iip'Munihtír вычисленную на основе параметров уровни — Ü.:i3 Л1; »Iiepi ии U1.-I ивнции Еи госиьлж-i (J. К) эИ, а ие L'j-Í).il 1 -»И; им» ei ni ш»,ии ой«* величина скачка н.шр»-кении, ниже К01»1|Х.-3 ЛОЛ 1 Ob M'.'ií ti ï.j »1 lipol.t'í.c lu' Hii6.1 ki.'lae II Я. < Il)l.)k'lleM 11»: )T HX pacxo.'hЛ'мшй д.ьлся на оааже той ai: 'горни, распространенной па случай двух уроышй. H юрой уровень л»:<кич примерна lia £,» ~ (I 4 aH Illiíul: дна :оны Приводимое ill.

Переходный npuuccc с учеюм шорою уровня протекает <-ле-дунпш.м oô|irti./ii. Уменьшение тока после пере, лючгчшх связано с затиранием контакта oí риц.иельнын обьемпым зарядом QK ~ Д1'', локализованным вблизи пнжек шрутишею ылпакта »¡а утопиях Ei (Et ■■ 0 33 и L'¡. Вследствие запирания контакта из f-f.5jíai:ni шшосятся свободные элекзрони. Тсрмн'н-сьа* генерация электронов С. урошм Ej нриьолит К ПОЯВЛЕНИЮ ПОЛОЖИТ еЛЫ101Т1

обьимжхи .заряда Qu поле ьоюри:о компенсирует поле заряда QK. Максимальная величина Q¡m достигается при полно» »¡nj потении уронил Ei Qim — t/n,, S h = ec,S ¿WJL ( ■-> - плошалы. Ксли Q>„, < QKt то после oiiynoiiKiiiis урешчя L\ контакт остается запертым зарядом Qx — Q¡m. Дальнейшее отпирание происходит за счет термической jeiiepainiu с уровня Е-,, При этом должна наблюдаться релаксация тока mua (3). Однако причина определяемся теперь п« и roi, а токи в начале и в конце этой релаьсапш. связаны соотношением (1), в ьощром Л Г надо замени Jb на (Д f - Д К,)- Экспериментальная величина цороговою скачка А'.', хорошо согласуется с рзечитаиной в рамках лей модели'йгниье значений ?¡,¡, S, L. Таким образом, этот анализ позволил количеовенно объяснить оаюнпле свойства долговременной релаксации.

Другим ;Я1ЮМ д»)лго1феменно1о токового переходного процесса, который исследовался в диссертации, является остаточнаи нроводимс ть (Oil), ичи устойчивая фотопроводимость. Гашение ОП изучалось в кремниевой п - и - n-мруктуре на основе материала, облученного нейтронами (один in образцов, исследованных в главе 2; энергия активации темповой гр зводимости О.-П эВ, толщина V- облает и 1, - .10 мкм|. ОП возбуждалась освещением при

78 К. Гашение ОН осуществлялось напряжением V, — 0.5 -т 1 В. Ток измерялся при напряжении V — 0.1 В при скорости нагрева 0.1 К/с. Г1рч V, = 0 энергия активации тока сосктляла около 0.17 эВ. После обработки напряжением гок сильчо уменьшался, энергия активации тока возрастала. При этом на зависимости /(Т), соответствующей большим V',, имелись участки с аномально большой энергией активации (до 1.5 эВ), которые не удается объяснить на основе явлений, привлекаемых для интерпретации данных по гашению. В работе предложен новый механизм гашения, который учитывает нарушение нетгральности образна — после выключения V, в б?.эе имеется связанный на ловушках объемный заряд.

При облучении кремния нейтронами вводятся скопления дефектов и точечные дефекты, расположенные в "ненарушенной" матрице кристалла. В с, о с/и ,нни 011 фотоэлектроны локализованы на уровнях в матрице, ды^ки -- на уровнях внутри энергетических горбов, обусловленных скоплениями дефектов. Основную роль в рассматриваемых экспериментах играюг уровень Л-центров Ее -0.17 эВ и верхней уровень днвакансий Ес — 0.21 --В, которые были исследованы в главе 2 (дллее они обозначаются как Е1 и Ег). В состоянии ОН уровень Е< частично заполнен электронами и определяет энергию активации тока (0.17 эВ). При приложении V, из-за разогрева электронов происходит ускоренная рекомбинация и стимулируется захват электронов на состояния глубоких уровней (глапнмм образом уровня расположенные внутри

энергетических горбов. Последнее приводит к перехоту части электронов с уровня Е\ в матрице на указанные состояния. Кроме того, при приложении V, из л-контакта базу образца инжектируется заряп СУ, (С — емкость), который п основном захватывается на лопушки. После выключения V, в образце остается связанный на лопушках избыточный заряд Ц « П Г, - V). Этот заряд выталкивает свободные электроны из базы и начинается термическое опустошение Е\. Если С^ < го за время ~ т1п нейтралмюсть

образца восстанавливается за счет частичного опустошения этого уровня. Анализ показал, что затем концентрапгя электронов на этом уровне »л растет, поскольку имеет место термическая генерация электронов с уровня Е7 в зону, из которой они снопа захватываются уровнем Е\. Показано, что этот пропет, идет п условиях нейтраль мости и 74. ршя октипапии тока есть е.учма. 'шергий Е\ 4- Еп. Ото

наблюдалэс: ь эксперименте.

Если <3 > дпц5'£, то в образце остается заряд, связанный на более глубоких, чем Еь уровнях. Ситуация соответствует рассмотренной в теории контактной нелинейности. Качественное понимание резких зависимостей 1(Т) в этом случае можно получить на основе формулы (4). Величина Д V в показателе экспоненты является по существу мерой объемного заряда, связанного на ловушках. Скорость релаксации этого заряда определяется 1/пз, которая сама экспоненциально быстро растет с температурой. Поэтому следует ожидать Еесьма резких зависимостей ЦТ), что и имело место » эксперименте. Глубина гашения ОП иэ-эа ускорения рекомбинации электрическим полем была оценена по величине пика гермостимулироиашшго тока. Этот эффект сравнительно мал. Сильное уменьшение то <а после гашения, следовательно, связано в основном с нарушением нейтральности при переключении V, —» V.

Предложенный механизм позволяет понять ряд результатов экспериментов по гашению ОП в СйЯ и СёЯе., описанных в литературе.

Четвертая глава посвящена теоретическому исследованию релаксации емкости и тока в довольно общей модели н — тг — /»-перехода с целью развития теоретических основ релаксационной спектроскопии, основанной на явлении перезарядки глубоких пенгроа внутри области пространственного заряда (0113) сложных р - л-структур. На базе развитой здесь теории в последующих главах обсуждаются результаты экспериментом, выполненных в диссертации на р — п-структурах из арсенида галлия. В этих экспериментах был обнаружен ряд особенностей, которые с точки зрения существовавшей теории являлись аномалиями. Понять природу этих аномалий удалось на пути последовательной разработки выдвинутой нами гипотезы о том, что они сзяэаны с пространственной структурой объемного заряда исследованных образцов, а не с специфическими свойс твами глубоких центров. Построена теория изотермической и термосшму-лчронанной релаксации тока и емкости для весьма обшей модели: п —-тг — )>-П"реход с произвольными концентрационным« профилями без каких-либо ограничений на уровень легирования п- и р областей и концентрацию глубоких центров в каждой области. Более простые модели р - »-перехода, которые были р; с.могреим в литературе, являют/::' члстшми случаями этой модели.

И начале главы дается обзор методов р'-лаксичионнон спектроскопии глубоких уровней в р — п-переходе. 'Ми менгчм являются основ-• ньшя в современной спектроскопии глубоки* и используются для определения конненграцин глубоких нппроп. скорости термической эмиссии носителей с этих центров, их сечении з.чхи.тга на глубокие центры, а также оптических сечений захвата. Имеется тенденция распространения этих методов на более сложные обьекты, однако теоретические рассмотрения ограничиваются односторонним (асим-метричным^ переходом п+ — р- или ¡¡+ — мгипл, Отмечается, что при изучении центров, имеющих метдгг,льиые или бистабилмг.ге состояния, определенные преимущества перед методом РЪ'ГБ имеет метол ТСЕ, поскольку в нем используется оннократное возбуждение релаксации. В нысокоомкых (перекомиетюгровапных) материалах емкостные мег ;ы теряют силу и более эффективными являются методы, основанные ..а релаксации тока. Зллач.ч о гермостимулиро-оанном токе в переходе с базой нз такого материала не рассматривалась, отсутствует и строгое рассмотрение изотермической релаксации тока в подобных переходах.

В начале оригинальной части главы проведено качественное рассмотрение природы явления, которое стимулировало создание теории релаксации в п — я- — р-переходе. Оно обнаружена в диссертации и объяснено на основе механизма, который реализуется в таком переходе. Значение этого факта для развития спектроскопии глубоких уровней п перекомпенсированных материалах более существенно, чем просто выяснение природы непонятного явлении. Дело в том, что при этом обозначился путь, позволяющий получать большие сиг-палы емкостных методов в структурах "на основе таких материалов и распространить емкостные методы на эти материалы.

Указанное явление представляет собой изотермическую неэкснонен-ннзльную релаксацию емкости р — п-структуры. Эта релаксация имеет весьма необычный вид и обозначена поэтому термином аномальная релаксация емкости (АРЕ). Наиболее интригующая особенность АРЕ заключается в том, что после увеличения обратного смещения на переходе емкость С ведет себя таки'1 образом, что ДС — С(0 - С(ео) > о на кгем протяжении релаксации или ее эначи гелышй час ги. Для подобных условий измерений существующая теория дает ЛС < 0. При этом добротность переходов, » которых им ет ме< го ДР1Г, логт.'лочпо пыгока. Предложенный нами

механизм АР ^ не требует от глубоких цен трои каких-либо особых свойств. АРЕ «ошикает при наличии лишь одною глубокого уровня как следствие особенностей структуры р - п перехода при выполнении следующих условии.

1. Наличии ылсоытмното слоя из нерекомиенсированного материала, заключенною между п- и р областями перелида. (Далее дли определенности рассматривается н - л - р-нереход.)

2. Электропроводность этого слоя при температурах наблюдения АРЕ такова, что и>££¿/0 1.

3. Уровень легирования компоненты »»-тина ( или аналогично можно расмотреть компоненту р-тшы в н — V — р-переходе) не' должен быть высоким — необходимо, чаобы толщина ОПЭ в »-области составляла заметную долю обшей толщины ОЛЗ.

Под материалом я-типа здесь понимается материал, в котором мелкие доноры скомпенсированы полностью глубокими центрами акцептор 1101 о типа. С этими центрами связан глубокий уровень в нижней полокине запрещенной зоны, который частично заполнен.

В таком перехояе граница О ИЗ в п-области ха и ирогивополож-ная ей правая граница хг сущес1 денно изменяют свое положение в процессе релаксации, (.'разу после увеличения обратного напряжения хр оказывается в р области. В результате термической эмиссии дырок на ловушках растет отрицательный Заряд. Но мере его росз'а обе границы движутся влево. В момент времени (г, гранила ху пересекает границу гг-областн и далее дьилется внутри этой области (края' 1Г-области расположены при х — 0 и х — Ь, п-область лежит при х < 0). Пока хр > £ (( < первач стадия релаксации) емкость перехода С —- гей/(х,, 4 г..). Начиная с момента времени 1 = хр < ь (ыорая стадия). В силу условия 2 теперь емкость я -слзя определяется ею толщиной £ и не зависит от положения поэтому С =• ££,>/(*>,■+ £)• Поскольку хя увеличивается со треиенеи, то на этой стадии АС > 0.

Центральный вопрос теории — получение зависимостей хаИ) н хр(<) в « - I - р-переходе. Поскольку на первой стадии релаксации обе границы ОГ13 лежат в низкоомных о'!, тетях, тп и находятся из решения уравнения Пуассона при ну.'иылх граничных условиях

для поля Е(~х„) - Е(хр) - 0. Это дает систему уравнений относительно х, I х,,

У хр{х,1)Аг = -е£оК / |>{¿}l)dt = 0, (5)

-I. -г,

где р — объемный заряд, V = Ус + Уц, Ус — контактная разность потенциалов, \гц — обратное напряжение. Правое уравнение в (5) вытекает при л их I раничных условиях из теоремы Остроградского-Гаусса.

Справедливоеть системы (5) на второй стадии потребовала специального анализа. На этой стадии ток релаксации /,, протекаю-ишй через нейтральную часть л-слоя, создает на ней падение напряжения. Элек' ическое иоле в неГпралыюм /г-слое Е, инду цирует в р-обласгн отрицательный заряд ~сс„Е,, с которым связан некоторый набег по гнциала. Для учета этих .эффектов система (5) соответствующим образом модифицирована и дополнена уравнением, учитывающим ток смещения ес0(ИЕ,/01). Получены критерии, при удовлетворении которых справедливо приближение Е, — 0.

Для стунеичшых конце)! 1 рационных профилен получено аналитическое решение системы 'Щ. При наличии неоднородных концентрационных профилей аналитическое решение системы невозможно. Для таких переходов потребовалось найти алгоритм решения численными методами. Мы нашли, что задачу можно решить методом Рафсона-Ньютона и на его осноье разработали программу для ЭВМ, К1 торая использовалась также и для вычислений в случае постоянных концентрационных профилей..

Для тока релаксации в работе получены следуюпшо формулы

Д-г„) 1 7 ар; , I = - 1« - V о11{х 1ЭМИССИ» Д1"Р°К)'

(С а)

. , , Ахр 1 / . 0р .

I ~ -р(хг)—~—- / (у. +• иссия электронов)

«! г, 4- хр _•' сч

(66)

Формулы (6) удобны для получеши? аналитических выражений для тока с моменты:? несложной) пп три рогами я при профилях сту-¡кнчатего шла. 1!рн наличии более сложных концентрационных

профилей ток релаксации вычисляется на. основе зависимостей х„(t) и Xf(t), Hriйдкннi/X из решения системы (5), путем их дифференцирования в соответствии елевыми равенствами в (Gj. В расчетах на ЭВМ мы использовали iji.ii,ним образом численные методы.

. Далее в тл.ше проводится вычисление характерных точек спектров термостнму.'Пфон.шных тока и емкости. Такими точками янля-кп'ся 'температ\[),ч максимума ТО Т Тт и аномальною максимума на кривой ТСК при йнома.п ной релаксации, а также точка перегиба на кривой Ч'СН в р — i: ii.-jN-ходах У,.

В асимметричном'переходе (/>+ — или л"* - р-пша), кик известно, если к слнЬи легированной стороне перехода концентрация глубоких центров Л', существенно меньше концентрации неском-пе н сир а на иных менкмх примесей N, Т.„ — Т, и ) меет место соотношение п{Т,а) — /Щ/кТ'п, в котором е{Т„,) — величина ско])ости термической эмиссии t = е.,ехр(-Е/кТ) при Т — Tm, Е - энергия активации. Это roui ношение позволяет шли и из спектров скорос ть эмиссии. В работе задача о 7'r,.i»j для ;> — и перехода решена в двух других практически важных случаях. Рассмотрены двухсторонний р - n-нереход с upon вольными отношениями ji/ri и Л,/¡V и асимметричный переход с нроннюльиым К,/А' при наличии (ычлльной поляризации. Подучены трансцендентные >равнении для вычисления Тт{»)» предложен способ их решения и выполнены расчеты зависимостей этих температур от параметров моделей. Установлен сдвиг в сторону низких температур, особенно существенный в случае сильно компенсированного материала (A\/;V > 1и ею ¡анисимость от р/п и начальною чармда на глубоком уровне. Проаналитированы ошибки н величине скорости эмилпн, которые возникают при использовании дчя рассмотренных случчел формул для простого перехода.

Положение характерных точек спектров гермостимулированных тока И емкости ц п — тг — р-переходе изучалось путем моделирования спектров ТСТ и ТСЕ;нами были обнаружены важные особенности. При наличии АРЕ спектр ТСЕ содержит максимум в области положительных значений ЛС при температуре Ti, соотвегствуюшей момет1ту входа границы 0113 в тг-область. По механизму AiJE, описанному выше, эта особенность и должна иметь место. Расчеты по- • казали, что во многих случаях при этой же температуре ГСТ также имеет максимум. Совладение по температуре эт.чх максимумов име-

ет важное диагаос плоское значение! при ин терпретации эксперимен-таль пых данных. Таким обраэп^. найдено ноши; условие ноямлення максимума ТСЧ' при хр = /.. Далее в главе рассмотрен номрос о юм, как влияет па спектр ТСТр — пнерехода наличие в структуре мерс ?:ида или в схеме для измерений тока члсмшиа, Koiojji.il, имеем полк-шею сопротивление и ьк.чючен носледонате.зьно с периодом. Подобный элемент может предстаиля! ь собой: слон переч.омтчк нропишеиго материала Снанример, уг-слой в и-р -л - р с 1 ру 1.1 у ре 1; иысоьоомный контакт; резистор, используемый для измерен.)й м, 1.0.1ч ¡окон с помощью электрометра. Строгое раехмо 1 р.чше »I пги ночрпе а н ли гера-туре, но нашим данным, отсутствует. С точки фемия практической спектроскопии важно знагь условия, при которых влипши: указанного элемента на спектр ТСТ становится суше>глве:нным, и характер изменений спектра. Рассмотрена также и друч ая ил еереспая и важная задача подобного типа — вопрос о релаксации в <1 - ,т - р-переходи на второй стадии с учетом электрического ноля н нейтральной части л--слоя. Изложен метол решения этих задач. Н обоих случаях задача сведена к днффер'Мщиальныи уравнениям негришо морянка лля движения границы ОПТ.

Путем моделирования изучены характерные изменения спектра тсрмостимулировашюго тока п* - ^-переходе, обусловленные Поль-гним тшеледонательным сопротивлением. I) частности, если сопротивление •¡ксполенциг1ЛЫ1()лр^стет п; и пони жении температуры, в спектре появляется ложный пик в отсутствие глубоких нетрон. Получено соотношение между положением ложного пика и параметрами модели. При наличии одного тина глубоких центров и спектре могут присутствовать два пик а (олил из гых ложный), либо один пик, сильно смешенный к высоким температурам. Получено уравнение для расчета положения смешенною ¡гика.

Выполнены расчеты спектров ТСТ' в н*,-1Г-р-переходе, поля /7, и падения напряжения на нейтральном слое при наличии одного типа глубоких центров. Обнаружено, что случае слабого равновесного заполнения глубокого уровня при учете поля имеют место существенные изменения спектра, и в частности, появление двух пиков вместо одного. При изменении приложенного напряжения пики смещаются в противоположном направлении. Получено соотношение между положением низкотемпературного пика и параметрами модели, отвечающее выполнению ране|/Сты1. хр - Ь. Высокотемпературный пик

А Л-

может бы п. сильно смещен к высоким температурам но отношению к наибольшей температуре максимума ТОТ в р~ п-лсреходе. В этом ггучае ею положение определяется, главным образом, проводимостью гг-облаети.

liíJX'iíLJLVumü носвяшена экспериментальному исследованию аномальной релаксации емкости и тока в п — тг — р-переходах из GaAs. Приводятся и обсуждаются результаты измерений ИРБ.ТСЕ, ТСТ, в р — п-слруктурах из арсенида галлия. Структур!., выращены в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург) методом жидкофаэиой эпитаксни по технологии, используемой при изготовлении высоковольтных диодов и тиристоров.

Обнаружен целый ряд особенностей: немонотонные- (аномальные) кривые релаксации емкости и тока, спектры ТСТ с двумя пиками ilp.t перезарядке одною типа глубоких цент]»)», пики ТОТ треушль-ной формы и г,д. Все они и стимулировали теоретические исследования релаксации, описанные в главе 1. Под.\од, основанный на предположении о роли прогтранстнешмй структуры обьемного заряда в формировании необычных свойств релаксации; оказался продуктивным при выяснении природы аномалий. На основе указанной теории обнаруженные аномалии получили объяснение в рамках единой модели. Эксперимент позволил, кроме тою, проверить предсказания теории.

В начале главы описаны получение образцов и их стационарные характеристики. На зависимости С{Т) имелись пологие участки if ступеньки. В области резкого изменения емкости проводимость G достигала максимума. Такие зависимости С(Т) и (7(7 ) характерны для диодов с базой из перскомпененрованного материала. Толщина перс ;омненсированного слоя с энергией активации 0.4 эВ состав л я-, ла L ~ (10 — 25) мкм. Добротность диодов была больше 1, причем при температ урах где наблюдалась аномальная релаксация емкости, значительно больше единицы. Наблюдались следующие аномалии в поведении емкости: наличие положительной компоненты в тех случаях, когда она должна отсутствовать и сложный (немонотонный) характер зависимостей С( П и ('•(() при термостимулиропанной и изотермической релаксации.

Механизм АРЕ, изложенный в главе 4., позволил объяснить их на основе теории релаксации п и-тг-р-структупе. Для более детального сравнения опытных ланнмх с. теорией выполнены расчеты пелакса-

ЦИИ ДЛЯ модельной И - 7Г - р-стру кт у pu С. «ЦП ИМ i ином глубоких центров. Било установлено, чт и ест к lier ко л 1.1:4 характерных типов кривых Л ['К. «Г.сли релаксации имеет обе еттдии, то независимо от хода кривых па первой стадии, на второй ( тации ДС > 0. Зависимости ДС'(<) при t < ti имеют р.1 зн.тпраитый вил и их ход особенно чувствителен к соотношению уровней лет проплнпя н- и р-областей. При п > р положи тельная компонент.! неш-.шка и п случаи п+ - jr — }}■ или Л/ — яг — р-перпхоцц совсем ч jсу и: i нуег. Зависимость ДС'И) может быть функцией с минимумом и м.о>. нмумом и несколько раз изменять знак. В случае x^loo) > L, косна игорат станин отсутствует, положительный знак Д(* ни обя кнелей, н > возможен при благоприятном ходе обеих зависимостей х„(П и .с,(1). При пом вместо яг-слоя переход может содержать сильно компенсиооиатшый слой р~-тина.

Отмечаются примеры литературных данных, которые следует интерпретировать как проявления Л IM:!. При традиционном подходе к подобным данным делается вывод о сущег i тюнаннн центров, которых нет на самой целс в природе

Спектр емкостного DLTS в том случае, когда изотермическая релаксация емкости является аномальной, может содержать до трех пиков — по одному инкV на участок кривой Oft) с прои толпой dC/dt определенного знака. Если старюсые условии при каждом измерительном импульсе бу/фт одинаковыми, то ни три пика дадут три значения скорости эмиссии, которые актитышшннмм образом зависят от температуры с одной тершей активации. 'Гаки-j спектры были получены и наших расчетах.

Летальное изучение спектров Т< •'!', cie.i и иных с -1- шчп рамп, »оказало, что Форма спектров п болышшетве случаев cuti.но отличается от той, которая характерна для асимметричного перехода с небольшим содержанием ловушек, и кроме тою она весьма чувствительна к условиям возбуждения образца. Темпера i ура максимумов пиков ТСТ при скорости нагрева ß -- 0.39 К/с лежала в интервале I«) 160 К. й простом n^p-ncpaxom Л-ш.н 1 рам должен отвечать пик ТСТ с максимумом при 152 К. Наблюдались пики треугольной формы. В некоторых случаях »'. указанном темпера'.урном интервале спектр содержа.', дна т. .), отегояптх один от другого на десятки градусов.

Теория релаксации для к - 7г — р-перехода оказалась эффективно" описании эксперимента. IIa этой теории были получены

. -

эксперимента:!) iii.ic спектры ТОТ ь предположении, что имеет место перезарядка только Л-неитроп. Особенности спектров связаны в лом случае с особенноетими пространственною распределения объемного заряда на п их центрах, которое в « — тг — р-переходе сильно зависит от условий возбуждения образца и может- быть сильно неоднородным. После-шее обетонтельство, в частности, может, как показано, приводить к дуплету. Низкотемпературная компонента дуплета соответствует моменту, когда хР' = L.Высокотемпературная компонента несколько сметена выше 152 К из-за влияния последовательного сопротивления гг-области. Этот последний эффект был предсказан в главе <1.

Далее н главе рассмотрено новое в спектроскопии глубоких уровней явление, которое было обнаружено при изучении изотермической релаксации юка н рассмлт ринаемых структурах и названо аномальной релаксацией тока <ЛРТ). По •»существующим представлениям ток в процессе релаксации должен уменьшаться. В случае ЛРТ релаксация является немонотонной - - на ее начальной стации имеет место рост тока. Предлагается объяснение, которое основано на том, что при возбуждении релаксации в п — лг — р-структуре возможна инверсия электрического ноля в некоторой части 0113 обратно смещенной структуры. За счег инверсии поля возникает "мертвый" слой ОИЗ, который не дает вклада в ток релаксации, т.к. псе носители, термически возбужденные с ГУ внутри этого ели, повторно захватываются глубокими центрами. Со временем размер слоя начинает сокращаться, а зона генерации тока расти. Если влияние этою фактора превышает влияние уменьшения концентрации заполненных глубоких центров, то имеет место рост тока. Этот механизм подкреплен расчетом тока с учетом инверсии. Действие механизма сводится но существу к образованию гигантской подвижной ловушки.

Щ ее тая _ г Д а пн посвящена изучению особенное! ей релаксации в двустороннем р— к-переходе из сильно компенсированного ОаЛ$. )! таком переходе п и р одною порядка величины, а концентрация глубоких центров соизмерима с. концентрацией нсгкомпснспрованных мелких примесей. Переход был нол>чеч » Физико-техническом институте им. Л.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург) методом Ж$>Э. Вольт-амперная характеристика и зависимости емын i и от час.roíы, температуры и напряжения "бра П":ч о см/чцении по имели общностей.

указывающих на наличие в структуре перехода нерекомшнк щипанного слоя. Вместе с тем обнаруа/чю, что релаксация емкости и чтим переходе при определенных условиях мнзяегги немонотонной (аномальной) при перезарядке одного тина ценз рои. Однако по своему характеру аномальное поведение емкое, г к здесь оитпчаггея or газового в г) — 7Г — р переходе. Обшим свойством в помазмй обоих чинов является зо, чго стандартный анализ (без учета их прнро ты) вече г к ошибочным заключениям о наличии и свойств ix глубоких центров.

Релаксация возбуждалась импульсом нашзял.<-ни:1 \'. , который накладывался на обратное смешение Уц. Найдено, чн> при Vlt > Vf, спектры тст и тс К не имеют каких-либо особен ногтей, Т„. Т, — 152 К, зависимость Т,(()) дает для энергии актиманнн скорости эмиссии значение ~ 0.-12 зН. Эти величины хорошо соответствует сигналу от Л-центров. Эти центры обычно присутствуют в Ga.4.i, выращенном жидкофазной зпитаксией (акцепторный уровень Еи + 0.10 зВ). В режиме Vr > Vn i»ik 'ГСТ увеличивается почти п 3 раза, а кривые ТСЕ являются немонотонными ■- и конце релаксации на них появляются минимум. При этом начальный скачок емкости ДС(Т0) — - О0 ('/',) может иметь офилательный, так и положительный знак. Для низкотемпературной точки перегиба на кривой ТСЕ Тщ - Т, а 10 К. Относительная величина полсы.итель-ного начальною ска чип п атом режиме и огрниатс-льною в режиме V/j = Vp достигала 0.1 и 6wiee. Положительный скачок не связан с электронными лопушками, т.к. в рассмзтрипаемом материале такие ловушки отсутствуют. Таким обпэзом, лз.еетгя /рн ос пивных вила особенностей, возникающих при наличии одного i ипа центром: немонотонный характер релаксации емкости; с угпес гн'чшый сдвиг к низким температурам положительной ступеньки ТС К oriwcine/i/.-но пика ТСТ; значительные по iuvkim.чк- начальные скачки емкости тога и другого знака.

Объяснение, которое дается в диссертации, исходят из предположения, что эти особенности не связаны с какими-либо трансформациями дефектов, сопровождающими ипжекцию, и показывается, что они являю ten следствием структуры перехода. При пом совокупное; (, данных количествен!,о описана в рамках модели слабо асимметричного (дв 'сгороннег'з) перехода с исодиордиым профилем мелких нримесл": и с соизмеримой концентрацией мелких примесей и г■:<yr .'.¿:п: нентио/».

При конструировании модели перехода учитывались технологические аргументы. Поэтому полагалось, что Л-ценгры присутствуют в обеих сторонах перехода и учитывались В-центры (уровень 1С„+0.70 эП). Последние обычно присутствуют в рассматриваемом материмо вместе с Л-пентрами в равной концентрации и неносред-стпеннг проявлялись - релаксации емкости районе 300 К. Их учет необходим, поскольку при рассматриваемой релаксации й-центры перезаряжаются за счет процессов захвата основных и неосновных носителей тока и влияют на толщину 0113.

Для этой модели перехода были выполнены расчеты релаксации, на осчове которых проверялись различные гипотезы о механизме воэ-. никновения отмеченных особенностей. Результаты, согласующиеся с экспериментом, были получены в случаях, когда предполагалось:

1. Наличие асимметрии значений скорости эмиссии дырок сг для /(-центров в и и р областях перехода {ер„ ^ е^, второй индекс указывает сторону перехода).

2. Наличие неоднородных профилей мелких примесей при е,,„ = г^. (Концентрация мелких доноров в н-стороне и/или мелких акцепторов в /»-стороне должны расти с расстоянием от граница перехода).

В однородной модели In, р = сонл((а;)1 особенности ТСБ (сдвиг положительной ступеньки емкости в режиме с инжекцией но отношении^ к отрицательной в режиме без инжекции и минимум на первой из них) удовлетворительно описываются количественно только в том случае, ер„/г.ет > 1.5.

Анализ показал, что в экспериментальном образце фактор неоднородности и фактор асимметрии действуют совместно, причем вклад первого доминирует'.

При обсуждении природы асимметрии ер и ее вклада рассмотрено • влияние дебаевскнх хвостов свободных носителей и зависимости ег от электрического поля. Захват дырок из хвоста вблизи хр замедляет эмиссию дырок с уровня, захват электронов вблизи другого края 0113, напротив, эквивалент oil ускорению этого процесса. Полевая зависимость ср для Л-центров Была получена из слеш а пиков ТСТ низким температурам с ростом \'ц. Установлено, что ofta неплохо согласуется с рассчитанной но теории трехмерного эффекта Пула-Френкеля . Оценка гклаца поля в ^симметрию тюлгчпшая на

яг

основе средних знач.лшн поля в pa mux сторонах мсчк-чита, писала, что за счет этого фэкгора в области немомоишно ти кв 1.1.

Наличие профилей мелких примесей янткек л ш нопнон причиной немонотонной релаксации емко«.ni. Расчетный спектр емкоеtumo i.iL'1 S, соот во те т аующий -мой ре.ыкс лнии, <-о^.-рл.«.! шн. рлэноноляр-пых инка, смепг.'мныч в разные сюроим щ , ечдера туры, коюр.тя отвечает пику при ткеппш нциальнои ¡е.м.о.г леи. í'i; iериреiumii' этих пиков fiei учета их природы тчет к ошибочному амнглу о наличии двух сорю» глубоких гссныиии. По. ле.-ц,,..,: н раиной мере относится и к ступенькам емкости '!'«:К Одн >ю спектр ТОТ не имел при этом каких-либо существенных тчОнннпсп- i. Поэтому применение комплекса измерений, включающею измерения релаксации емкости и тока, янляется необходимой мерой для получения правильных сведений при исследовании двусторонние переходов на основе материала с отношением поицен i раций мелких примесей и глубоких центров A',/Л' > 1. Анализ С - ^'-характеристики должен учитывать наличие иошиоианш ix i.:>>: центров. Определение энергии активации ¡порасти эмиссии in i;:mik mioereii 7',. и Т, от скорости нагрева является надежным способом >1 для рассмотренного перехода.

Седьмая глпо.ч посвящена т. »учению i л'.бокич цен ¡ ров а >пнтак-спальных слоях СдДа и Al:Ga\-zA», лет ирониниых хромом и железом. Слои содержали выгокОомные облает и. Использовались токовые релаксационные методы: метол ТСТ и имиульс.нып метод. Кроме того применялась методика чаяигимостей С{1\и') и (¡i'í\u). I' шерештя ТСТ оказались эффективными при выявлении центров с энергией ионизации до 0.7 зВ. Р.олее глуб<шш уровни паблюдачись в импульсных и ;м«рениях я л изотермической релаксации емкости. Электрическая однородность слоев «пеним*,!;.-. ь ы ит.черений распределения потенциала и локальной термоэде. Предложен-; и исшльзована методика оценки распределении удельною сопротивления перекомиен-сированиого слоя вдоль направления роста, оспоканиая на анализе зависимостей С{Т) и OÍT).

Исследовались слои из двух источников. Ллои AlxGa\-tAs были ir.é-uot'Jii KM na ;<апод числах металлов (-.Оеиюкодек, Украина) методом жддко!, кной эпитаксии из ограниченного объема раствора арсени.та Лат.-пт*. алюминия л рома в ряенлаве галлия на подложках ич ни<Лхчного GaAs n-ivffa ■; р-типа. Слои имели переменный со-

стан, значения т у подлолки составлял)! х ~ 0.3-í-O.35 и уменьшались но мере удаления от подложки. У поверхности слоя х = 0.

Лля выявления р - и переходов и выгокоомных областей внутри сном измерялись распределения потенциала и локальной термоэдс по поверхности косого шлифа пленки и направлении роста. Из измерений следует, ч|ч при легировании хромом сначала растет слой твердого растнерл р- или я-типа. К 0113 этою перехода примыкает слой сравнительно ;н.\'окоамного твердого раствора. С учетом этих результатов били изготовлены образцы диодов четырех типов. Среди них были диоды, которые представляли гетеропереход п — (''аЛя - р — Л/Дим Л.1 (бала днода включала в себя пысокоом-ную область), и диоды с р — n-псрсходом в GaAs вблизи поверхности зпитаксиалышото слот. Помимо описанных исследовались р — п-структуры "з (¡o Í.4 : Cr(íY), выращенные н фтнко-техническом институте им. Д.'!'. Иоффе метолом-уКФЭ на подложках из ;>--Толщина вм1'ок.л,-.(цой части эпитаксиалыюго слоя в них достигала сотен микрон.

П образцах имечи место значительные токи утечки по поверхности. Лля выявления утечек использовался метод травления. Было найдено, что неизменность уровня токов через образец после повторных травлений не всегда свидетельствует об отсутствии утечек. В связи с этим предложен независимый метод выявления утечек, основанный па оценке степени компенсации по величине токов на омическом участке ВЛХ и их температурной зависимости. Установлено, что механизм поверхностной проводимости в полуизолируюшем материале в ряде случаев даег закономерности ТООЗ в поверхностном канале.

Применение мегомов, основанных на измерениях частотной и температурной зависимостей емкости С и проводимости G, позволило найти энергию активации проводимости перекомпепсированиого слоя Е„. При этом известный одночастотный метод дал значение Е„ вдвое меньше, чем многочастогный метод. Установлена причина неточности первого н.э них — наличие профиля о(х). Получена формула лля импеданса слоя с неоднородностью электропроводности о ~ expl - xfd). Предложен и с успехом применен одноча-стотгый метод позволяющий правильно определить Е„ и указанный профиль.

Спектры ТСТ были измерены при различных условиях возбу-

г.9

ждения образно., г. использованием п;рмиче(-.кой расчистки. Они содержали много никои, большинство из них было отождествлено на основе известных данных емкостной сиектроп■опии. Предложены и использованы схемы анализа спектров, которые позволяют найти концентрацию глубоких центров и скорость эмиссии. II иодсмонг.три-ровано, что при корректном их применении удаекя получать результаты, совпадающие с результатами емком пой спектроскопии. Отмечается важность проведения идентификации пикон по величине скорости эмиссии. Обычно на практике ипючь п^.т дли стих целой только энергию ионизации, что часто приводит к серьезным ошибкам. Один из предложенных вариантов такою /юл\о;,а —- идентификация на основе сопоставления величины Тт с вычисленной для известных центров. Показано, что метол полуширин дает и исследованном случае сильно заниженные значения энергии ионизации. Это связано в основном с высокой концентрацией центров и структурой переходов. В твердом растворе к этим факторам добавляется фактор, связанный с микроскопическими флуыушиями состава в окрестности глубоких центров. Менее всею чи ф.опоры влияют на положение пика. Например, для ,4-центра в и - 7.-переходе без эффекта последовательного сопротивления сдвиг пика но отношению к пику в простом переходе составляет около 1' К. ')¡ч ипчюляи уверенно идентифицировать пики по Тт• Подавить указанный эффект удается, например, путем Цветения при вочбужмении релаксации.

Идентификация никоя в Д/г(7а|_хДл на основе '/',„ дала, следующие результаты: пик 152 К — уровень Д-цет рои, 2(10 К — уровень В-центров, 22Й К — уровень железа, 160 К - - уроа. ш, мели. Псе эти уровни лежат в нижней половине запрещенной зоны.

Образцы с гетеропереходом п+ - (7лЛя - р - А1хОи, -¿.Ь, имевшие высокоомную прослойку в слое твердого раствора, были исследованы также импульсным методом. Применение метола обосновано наличием односторонней инжекпии, 'Зависимости оказались сложнее, чем те, которые предсказывает теория для материала с одлим типом ловушек. В связи с этим проведен анализ и получены выражения для случая ловушек нескольких типов. Пи их основе обсужден эксперимент. Этим ме:одом выявлен уровень хрома н подтверждены результаты ТС} о наличии 0-центров и железа.

Исследованиям р - «-структур из СаЛз : С г {Ре) с толстой (сотни микрон) яысокоошюй облаАь.о по священ отдельный параграф. При

so

возбуждении светом спектр ТСТ содержал сигналы от меди, железа, Л и /г ров. Уровень хрома проявился в ИРЕ. При возбуждении без освящения был отчетливо выряжен эффект влияния по-следоваюльпот сопротивления гг-области — пик от Л-цеитров был ciiJii.no смешен к высоким температурам. Попедение пика с ростом нанря» зния соот1ип11'\овало ирпискыгшиоыу теоретически. При возбуждении освещением пик занимал положение, соответствующее А-цешрам. Ото связано не с тем, что разные вилы возбуждения активируют разные (лубокие состояния, как могло показаться без учета указанного эффекта, а с тем, что освещение увеличивает проводимость высокоомпозо слоя и эффект сопротивления исчезает. Б этом же образце имел месю режим Эшлн-Милнса на уровне железа. Этот же уровень выявлен измерениями импеданса, которые показали кроме тою наличие экспоненциальной неоднородности.

П целим, иснолыованный комплекс методик позволил получить в довольно сложных но структуре р - н-переходах значительную по обьему информацию :> глубоких центрах и свойстпах высокоомнмх слоев, легированных хромом и железом.

й_-?ШчЛШД1'ДЛЩ приводятся наиболее важьые нз основных результат». Здесь обсуждается один из главных выводов, который вытекает из материален диссертации. Он заключается в том, что емкостные методы могут быть распространены на высокоомныс материалы и быть полезным инструментом изучения глубоких уровней в нерекомнонсироваппом полупроводнике. Для этого нужно исполь-Т1 зовать л - я-р(п - !'-р)-структуры, в которых уровень легирования п(р)-области невелик. Это позволяет получать значительные по величине сигналы от глубоких уровней в иерекомпенсироваиной области, наблюдал с помощью измерении емкости за изменением положения границы 0113 в низкоомной п(р)-областн. Наличие аномального максимума ТСЕ и ИРЕ песет в соответствии с теорией аномальной релаксации полезтую информацию о структуре перехода. В случае ТСЕ, кроме того, этот максимум является удобной характерной точкой (более удобной, чем точка перегиба Т,) для определения энергии активации скорости эмиссии нз измерений зависимости ее положения от скорости нагрева. Однозначность интерпретации данных су-щестзенно возрастает при параллельно*' применении мед ада ТСТ и 'ICE. D частности, совпадение по температуре максимумов ТСТ и ТСЕ имеет большое щгл ностическое значение и позволяет интер-

■третировать пик'ГСП' как соответствующим моменту нходн границы OII3 в иысоксччмную область. 1| случае янухсчорсннего перехода на основе сильно компенсированного полупроводника такие параллель-»■не измерения также шчиоляют избежать iepi.eiiu.ix ошибок нрн идентификации ступенек емкости ТОВ. Подчеркни,iei-ея, что меыд определения энсрти ионизации из температурной лапигимог.гн характерных точек спектров является универсальным (модепыш независимым).

Ociiomioe содержит»: дисп.-ртиции изложено и рнботнх:

- I —

1. Джунаидсв С.С., Книгпн Г1.И., Урманов H.A., Шопен Ii.И. Особенности сплавных Ли(56)-контакюн к кремнию, компенсированному кадмием // "Физика и техника полупроводников", -1974, - Т. 8. - С. 002- 00-1.

2. Джуяаидон С.С., Кирилова 'I.A., Урыашш H.A. Электрические свойства эпитйксиальнмх кремниевых и' - п - п+-струкгур, облученных нейтронами /'/ 1) сб.: " Физические явления и полупроводниковых структурах с глубокими уровнями и опточлек-троникг". - Ташкент: "Фан", 1077. - О Г)8 (13.

3. Dynnaidov S.S., Uiman^v N.A., Gaftirova M.V. The cadmium levels in silicon // Phya. Si. Sol.(a). - 1981. - V. 60. - P. K79-K81.

4. Джунаидов С.С., Марончук U.E., Урманов H.A., Глубокие центры в жидкофазном б'аЛ.ч, выращенном при пониженных температурах // Изв. AÜ УзСХЛ', серия фпз.-иа т.наук. - 1981. - В. 4. - С. 70.

5. Кирилова Т.А., Урманов H.A. Исследование 1С- н А-дентров в кремнии, облученном большими дозами нейтронов, методом импульсного тока, ограниченною объемным зарядом // "Физика и техника полупроводников". - 1932. - Т.10. - N. 1. - С. 77--81.

(>. Кирилова Т.А., Сурис P.A., Урманов H.A., Фукс Б.И. О природе частотной зависимости ловушечпои емкости диэлектрического диода на основе компенсированного кремния // "Физика и техника нолупргшогпык™1'. - 1982. - Т. 16. - N.2. - С. 197-201.

i'L

7. Кирилова Т.Л., Урманов H.A., Юнусов М. Влияние электрическою ноля на концентрацию носителей тока в неоднородней облученном кремнии // Труды всесоюзной конференции по физике полупроводников. - Баку. "ЭЛМ", 1982. - Т.1. - С. 187 188.

8. Лжунаидов С.С., Урманов Н. \. О возможности определения времени жизни неравновесных носителей на глубоких центрах из измерений термостичулироианиого тока // В сб.: "Физика и хи-нг обработки материалов" - Ташкент, 1985. - С. 57-64.

П. Дл;>паидов С.С., Урманов H.A. Релаксация тока в » - с - п-пруктурах па основе компенсированного кремния, связанная с нарушением неитрилыюсти // "Физика у, техника полупроводников". - 1985. - Т. 19. - N.4. - С. 759-762.

10. Урманов П.Л., Хусаинон О. О нулевом гашении остаточной проводимости // "Физика и техника полупроводников". - 1985. - Т. 19. - N. 10. - С. Ш10-ПШ1.

11. Кирилова Т.Д., Урмапои H.A., Юнусов М. Релаксационная ТОО'З-снсктросьичия раднацмошшых дефектов в кремнии, облученном ней 1 роками // "Фишка и техника полупроводников". - IPSO. - Т. 20. - N. 5. - С. 897-902.

12. Урманов J1.Л. Релаксация, емкости в п - к - р-иереходе с. произвольным уромнем легирования н и р-областей // "Физика if техника полупроводников". - 1992. - Т. 26. - N.9. - С. 1635-1042.

13. Урманов 11 .А. Анализ температурной зависимо-™ импеданса диада с неоднородной базой из парокомпенеяровашюго полупроводника // 'Физика и техника полу проищу шков". - 1992. - Т. 28. -N. 9. - С. .1609-1671.

14. Урманов (I.A. Немонотонная нютерыичегкая релаксация тока, в г» - я ~)> структуре, связанная с ичверсией электрического поля // "Физика и техника, полупроводников". - 1992. - Т. 26. - N. 9. -С. 1671-1674.

15. Урманов H.A., Степанова М.Н. Тсрмостимулированная релаксация тока и емкости в слабо асимметричном р - «-переходе с

неоднородным профилем легирования н- и р областей // ''Физика и техника полупроводников". - 1693. - Т. 27. - N. 9. - С. 1495-1507. о

îfi. Урманов H.A., Гафурова М.В. Аномальные (с лвумя максимумами) пики в спектрах токовой спектроскопии » ;>~ п-структуре, связанные с одним типом глубоких состояний // "Физика и техника полупроводников". - 1993. - Т. 27. - N .9. - С. 1535-ШО.

17. Урманов H.A., Гафурова М.В. Влияние начального заполнения глубоких центров на положение пика термостимулированного тока в п—р-переходе с произвольным отношением концентраций мелких и глубоких центров // "Физика и техника полупроводников". - 1993. - Т. 27. - N. 9. - С. 1572-1571.

— III -

18. Джунаидов С.С., Урманов H.A. Поверхностные утечки в диодных структура'^,содержащих высокоочный арсенид галлия Ц Четвертое Всесоюзное совещание но исследованию арсени-да галлия: Тез. докл. - Томск: Изд-во Томского Университета, 1978. - С. 76.

19. Джунаидов С.С., Марончук И.Е., Урманов H.A. Энергетический спектр глубоких центров а Л/^сц-гЛ* из измерений нестационарного ТООЗ и ТСТ в гетерострустурах //И Всесоюзная конференция по физическим процессам и полупроводниковых гс-тероструктурах: Тез. докл. - Ашхабад: "ЬТлым", 1978. - Т. 2. -С. 2 /-29.

20. Джунаидов С.С., Урманон H.A. Глубоки« центры п ОяЛл, выращенном жидкофазной зпитаксией при пониженных температурах //II Всесоюзное совещание по глубоким уровням в полупроводниках: Tta. докл. - Ташкент, 19'Ю. - 4.1. - С. 136.

21. Кирилова Т.Д., Урманов H.A. Иьследг-заии« радиационных дефектов в кремнии, облученном нейтронами, методом стащгонар-пого и пест; товарного ТСОЗ // II Всесоюзное совещание по глубоки уровням в полупроводниках: Тез. докл. - Ташкент, Jp.s<'. - Ч. 2. - С. 21-22. «

з4

2*2. Джунаидоп С.С., Урыанои 1!.Л. Исследование спектров ТСТ в структурах п — р - <1пЛя и н'(7оЛз - рЛ1хОлх-хАя и их анализ с '||г|;сл5.з'>па!!ием данных емкостной спектроскопии // Всесоюзная конференция ни физике соединений А3В?': Тез. Докл. -НожкиЯкрс.к, 1981. - С. 2<Ш.

23. Урманов Н.Л., Киршшпа Т.Д. Экспериментальное наблюденка эффектов, спязанны.ч особенностям!', ипжекцин из »-контакта в компспсиронннный но.чупроводник // X Всесоюзная конференции по физике полунропачничоп: Тез. докл. - Минск, 1985. - Т. 3. - С. 174-175.

24. Степанова М.И., Урманов П.Д., Юиусов М. Аномальная релаксация емк'тти п и—п-структурах // X' Всесоюзная конференция по физике полупроводников: Тез. докл. - Кишинев, 1988. - Т1. -С. 89-50.

25. Урманов II А. Аномальная релаксация тока в р— н-структурах // XII Всесоюзна конференция по физике полупроводников: Тез. докл. - Кие«, 10!)!!. - 4.2. - С. 152-153.

20. Стешшоьа М.Н., Урманов В.А., Юнусоп М. Исследование глубоких уровней я ОЛя : Сг с нокшцмо термостшгулироз&нното тока и релаксации емкости » р — »-структурах с толглой еысоко омной областью // 11 гряая Пацконаяыия конференция "Дефекты о но луп роводч и км": Тез. докл. - Санкт-Петербург, 1992. -С. 25.

27. Урманоэ К.А. Необычные эффекты и нестационарной спектроскопии глубохмх уровней, обусловленные структурой передача // Первая Цглиокальиая конференция "Дефекты в полупроводниках": Т«ч. докл. - и.-шкл-Пшс^Оур], 1992. - О. 38.

л %

ВА М-Т~-Р- СГРУКТУРАЛАРЦА '-¡УЦУГ САТДОАР РКЛАРГЛЩЙН спЕКТРсршшяеи.

Урмоноь И А. !'^кл^ача манмуни.

Диссертации ншн ярим утказгичмр .Ьшикдспдгич! м^'^им маоага Сулган чунур ва уть коыпеяоашмлчьпи нрт утюгичлар релакеацион спс-ктрооксшыснга Сапшанган. .V я{ им уткьзричли диод сгруктуралардаги цодисаларни назарий ь-1 тчдрибавнй кузатишларни уз ичига олади. Су ку&атншла^нинг ц;:\лт маг,еади яиги релаксащюи жараенларни ургнииш нл спектроскопии масэлаларни эчишда фойдалашшга, омманнн па пммаьиЛ .оулмигьн услуоларнн ривожлантиришга, н&мда аиаливтда му:',им булган материаллар - кремний, арсени? галлий. и,«"1 ^отнимали арсенил галлип-аре&нид алюшшнплчрда кулл.-иши! урганишга багишлаиган.

У&тий зарядлар ''пилам Чсклажм! 'оотаплпкф импулслн токларни у та ксмпененциялаигаи ярим уткалгичларниш* чуцур сатхларидн ургашшшнг янги усули наяарий таышн этилган ва асосланга.ч, Еу усулшшг малл/аси ва сьрядлар биле.н

чекланган тстационар импулсли токларни улчаш /слуби - х&Р хил типдаги чуцур сатрардЗп ибора; булг-лн що{ я царшили кли яримутказгичлардаги заряд тащувчилариинг ушлаш вацтиии ва эмиссия тевлигини улчыя учуи самарали аобоб пулы олиши курсагилган. Тутцичли диэлектрик диод иынелйкеижтнг махсусл"к таОиати ва ксмпеноашмланган ярим уткааглчдаги п-г.онтактнинг инлекшюн хуеусиятлярини >;и„'о::л'.д олнз тувилгш на&арилнинр ^«¡ушгини бнрннчи маротаоа ты/рисада курсатнлган. Кремнийда нккита чукур еат^ларнинг |;аЯта зарядланпши билы! шартланган, !:лгари/;;;л хусуснлти на глум йулмагаи, комле исациялангап яримугт.ъагич монокутблк инмекщш хузусиятлари б илап Осгли^ булгаи угсц вачтли ночизшуш электрик утж жараанлари ург^кнлгал. Бу гараенни еодир ^нлувчя ¿изик ходисалар асосида рурлан?;;; 1:лгзи кремний ва бокпуа маториаялардаги баъзи ^онуиияглар, ишиган нс'-о натнжаларни тушунтирувчи тургун ^сюупгазгнчкииг лиги с;;гиш майдоний механизми таклиф

¡;г.:;;(!г ми.

* t

у»

Саба ва чу1ур сат^ли маркаэлар концентрацион туэилиши ва кичик Гу'гршилшши соцаларини ^оришмалаш дараласига ч^к КУйилмасдан п-тг-р-угиш модели учун ток ва сигишшнг изотермик ва терморагбатлантирилган релаксацияси наэаркяси Сарпо к^линган. Чукур компенсадаяланган яримуткаэгичлар асосадаги утишлар учун термоспшуляцияданган ток ва сигим спектрининг характерли нукталарини нисоСлаш усуллари таклиф адлинган. Икки ё(у!ама утиш учун Ситта чундашнг иккитага ьйланиши ва сигимнинг аномал релаксацияси курсатилган. Еу шкала ^одисалар эмиссия тезлигининг асимметринсига ва саез сат^ларнинг бир ¡кинсли оулмаган таркиОнга Оогли^. Бу кузатишлар асосида КУйидаги натижзлтр олинди: спектроскопиянинг аномаллик табиати курсатилган; ута компенсацияланган ярим утказгичлар учун релаксацион спектроскопиянинг назарий ассси яраталган; арсенпд галлий ей г^атти:^ ^отнимали» арсенид галлий-арсенид алюминийларда, ва шу цотпималярга хром ва темир киригилгандаги чу кур сат^ларни урганилган.

Relaxation spectroscopy of deep levels in n- f - n and n - jr - p structures

Nadir A.. Urmanov Absti&ct

The problem of the deep-level transient spectroscopy in heavily compensated and overcompensated semiconductor materials lias been explored theoretically and experimentally. Tha spectroscopic methods under consideration are based on measurements of the current and capacitance transient under the isothermal and thermally stimulated conditions. The pulsed space-charge-limited current technique was used to study defects in silicon irradiated with large neutron doses. The new version of this method suitable for case when several types 3f trap are present in material has been developed. The capture ami emission rate data obtained for several types of radiation defects are in good agreement with those from capacitance, studies on low-resistivity silicon. The strong dependencies of dielectric diode capacitance on temperature and

frequency have been discovered and their nature has been identified The nonlinear current transient process of the same kind aj that predicted by Suris-Fuchs' theory has been found to occur in overcompensated, cadmium doped, silicon. Its duration is, however, too long, which is due to detraping of centers below equilibrium Fermi level. The process of this kind is shown to be involved when electric-field quenching of the persistent photoconductivity in n - v - n diode made of irradiated Si is observed. So the new mechanism for the quenching was proposed. The above theory extended to multi-trap case underlines the mechanism.

The theory of the isothermal and thermally stimulated relaxation of the current and capacitance in n - it - p junction was developed. The junction model considered includes deep-level centers throughout the structure and no restrictions set on the doping levels of n and p type regions and trap density. The theory proved to be successful in explanation of many kinds of anomalous -phenomena in transient behavior without assuming specific properties of centers. The phenomena take place in the presence of only one type of deep states. In dissertation, these phenomena have*been found and studied in detail in GaAs. The main of them are the following: nonmonotonous current arid capacitance transient curves; multi-peaked DLTS spectra; two-peaked TSC (Thermally Stimulated Current) spectra, one of the peaks arising at instant the space-charge boundary enters jr-region. In the absence of /r-region in slightly asymmetric p-n junction made of heavily compensated material the two-peaked DLTS spectrum and nonmonotonic (with a minimum) TSCAP ( Thermally Stimulated Capacitance) curve result from »(*) and p(x) dependencies as well from the asymmetry of emission rate. The peculiarities of the signal form, which are characteristic of each technique and due to spatial charge distribution are specified and the data protesting schemes providing a correct data evaluation are suggested.

The experimental data have been obtained on GaAs u - Jr - p and n — p ¡structures grown by liquid phase epitaxy, using sometimes Cr and Fe as dopant. The data have been discussd on the basis of the aLove model. The presence of A- and ZJ-centers, Cu, Fe, Cr was established, using various spectroscopic techniques.