ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
С.П. ВИХРОВ, Н.В. ВИШНЯКОВ, В.Г. МИШУСТИН
Учебное пособие
Рязань 2005
УДК 621.373.826:621.30.002
Физические процессы в барьерных структурах на основе неупорядоченных полупроводников: Учеб. пособие. Ч.1 / С.П. Вихров, Н. В. Вишняков, В.Г. Мишустин. Рязан. гос. радиотехн. акад. Рязань, 2005. 72 с.
Изложены вопросы, связанные с особенностями энергетического спектра плотности состояний в неупорядоченных полупроводниках и их влиянием на физические процессы формирования потенциального рельефа в контактных слоях и образования потенциальных барьеров в активных элементах электроники.
Предназначено для студентов дневного обучения специальностей 200100, 190500 и аспирантов специальности 01.04.10.
Подготовлено к печати на ПК IBM PC с применением текстового редактора Microsoft Word 2000 и графических пакетов CorelDraw 10 и Visio Drawing 2003.
Табл. 2. Ил. 29. Библиогр.: 45 назв.
Неупорядоченные полупроводники, физические явления в барьерных слоях, плотность локализованных состояний
Печатается по решению редакционно-издательского совета Рязанской государственной радиотехнической академии.
Рецензент: кафедра БМПЭ РГРТА (зам. зав. кафедрой проф. Т.А. Холомина)
Физические процессы в барьерных структурах
на основе неупорядоченных полупроводников
Редактор М.Е. Цветкова
Корректор С.В. Макушина
Подписано в печать 20.12.05. Формат бумаги 60 х 84 1/16.
Бумага газетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 4,5.
Уч. - изд. л. 4,5. Тираж 50 экз. Заказ.
Рязанская государственная радиотехническая академия.
390005, Рязань, ул. Гагарина, 59/1.
Редакционно-издательский центр РГРТА.
ã Рязанская государственная
радиотехническая академия, 2005
ВВЕДЕНИЕ
Работа всех полупроводниковых приборов и активных элементов интегральных схем, микропроцессоров и программируемых логических матриц и др. во многом определяется физическими процессами, происходящими в области пространственного заряда (ОПЗ) p-n- и гетеропереходов, контактов металл – полупроводник (МП) и металл - диэлектрик – полупроводник (МДП), а также на поверхности полупроводника, свободной либо пассивированной окислом. Учет особенностей формирования потенциальных барьеров на границах раздела полупроводников в зависимости от их электрофизических свойств и условий формирования металлургической границы позволяет более точно прогнозировать электрические характеристики приборов.
Высокая степень интеграции транзисторных структур и развитие наноэлектроники требуют также знания влияния размерного квантования на принципы формирования потенциального рельефа в активных полупроводниковых структурах.
Эти вопросы еще более усложняются в тонкопленочных полупроводниковых микро- и наноструктурах на основе неупорядоченных полупроводников, у которых зонная энергетическая структура носит более сложный характер по сравнению с кристаллическими. Это связано с квазинепрерывным распределением по энергии разрешенных для электрона состояний в верхней зоне Бриллюэна. В результате этого можно говорить о запрещенной зоне только по подвижности, поэтому чаще вместо понятия "запрещенная зона" используется понятие "щель подвижности". Сложность проблемы также усугубляется метастабильностью аморфного состояния [1]. Это означает, что даже на макроскопическом уровне аморфная структура не определяется однозначно такими параметрами равновесного состояния, как температура, давление, а зависит также от предыстории получения и обработки рассматриваемого материала, то есть число переменных, необходимых для однозначного описания аморфного состояния вещества, неизвестно.
В настоящее время эти полупроводники нашли широкое применение в различных областях электроники: в технике плоских телевизионных экранов в качестве управляющих транзисторных матриц жидкокристаллическими мониторами большой и сверхбольшой площади; в высокочувствительных радиационно стойких видиконах для передачи изображения; в солнечной энергетике в качестве эффективных и недорогих солнечных батарей с возможностью их формирования на гибких подложках; в технике различных датчиков (фотоприемники и температурные датчики); в оптико-акустической технике и голографии; в качестве влагонепроницаемых покрытий полупроводниковых приборов, а также для изготовления пороговых переключателей и ячеек памяти [2].
Среди целого класса неупорядоченных полупроводников особое место занимают аморфный гидрогенизированный кремний (a-Si:H) и сплавы на его основе, которые обладают следующими важными достоинствами: технологическая доступность и дешевизна, возможность получения однородных по свойствам пленок на подложках большой площади из различного материала (диэлектрических, металлических, полупроводниковых), совместимость с технологическими процессами изготовления интегральных схем, радиационная стойкость.
Однако до настоящего времени разработка и проектирование приборов на основе неупорядоченных полупроводниковых материалов идет с использованием математического аппарата, разработанного для кристаллических полупроводников с учетом поправочных коэффициентов, полученных эмпирическим путем [3]. Зачастую для получения заданных свойств полупроводниковых пленок и приборов на их основе используют варьирование технологическими возможностями производственных линий: изменяют режимы и условия осаждения пленок, составы газовых смесей и т.д. Таким образом, несмотря на широкое использование неупорядоченных материалов в науке и технике, технологические условия их получения часто определяются опытным путем, а конечное качество продукции зависит от мастерства и интуиции технолога.
В связи с этим исследование неупорядоченных полупроводников и пленочных барьерных структур остается актуальной научной и прикладной проблемой.
Настоящее учебное пособие посвящено проблемам формирования потенциальных барьеров в неупорядоченных полупроводниках. Рассмотрены вопросы энергетического спектра состояний и влияние его на электрофизические параметры барьерных слоев, модели формирования потенциальных энергетических барьеров на примере контакта металл – неупорядоченный полупроводник. Приведены основы теории потенциальных барьеров в неупорядоченных полупроводниках. Наряду с классическими представлениями о физических понятиях и процессах в барьерных слоях, в данном учебном пособии приведены оригинальные теоретические и экспериментальные результаты исследований структур "типа Шоттки", p-i-n- структур и др.
Авторы надеются, что данное учебное пособие будет интересно не только студентам и аспирантам, но и специалистам, работающим в области физики твердого тела и твердотельной электроники.
ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННОГО СПЕКТРА В НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.