В работе исследуется люкс-вольтовая характеристика конденсаторной фотоэдс для системы Si-SiO2. Для сравнения с экспериментом приведены расчетные люкс-вольтовые характеристики для случаев отсутствия и наличия захвата неравновесных носителей на поверхностные состояния. Показано, что захват основных носителей может оказать заметное влияние на форму люкс-вольтовой характеристики. Объясняется наблюдаемое в эксперименте раннее насыщение люкс-вольтовой характеристики

Зайдман, С. А.

Курындина, Н. К.

Свирякин, Д. И.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

И ЗВ Е С Т И ЯТО М СКОГО О Р Д Е Н А  О К Т Я Б Р Ь С К О Й  Р Е В О Л Ю Ц И И  И О Р Д Е Н А  Т РУ Д О В О Г О  К РА С Н О Г О  ЗН А М Е Н И  П О Л И Т Е Х Н И Ч Е С К О ГО  И Н С Т И Т У Т А  имени С. М. К И Р О В АТом 2 8 0  19 7 5О ЛЮ КС-ВОЛЬТОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКЕ КОНДЕНСАТОРНОЙФОТОЭДС В СИСТЕМЕ S i - S iO 2С. А . З А И Д М А Н , И. К. К У Р Ы Н Д И Н А , Д . И. С В И Р Я К И Н(П редставлена научны м сем инаром  Н И И  ЭИ)Одной из возможностей использования метода конденсаторной фото- эдс при исследовании характеристик поверхности является определение поверхностного потенциала по насыщению люкс-вольтовых характерис­тик [1, 2, 3]. При этом отсутствие токовых контактов, необходимых при исследовании поверхности методом эффекта поля, отсутствие металли­ческого электрода на поверхности диэлектрика, необходимого в методе С—V характеристик, возможность использования образцов с широким диапазоном изменения удельного сопротивления свидетельствуют о пер спективности метода при исследовании поверхности полупроводников в системе полупроводник — диэлектрик.Целью настоящей работы было оценить эффективность метода опре­деления поверхностного потенциала Yso по насыщению люкс-вольтовых характеристик при исследовании системы полупроводник — диэлектрик Si—SiO2, где пленка SiO2 получалась путем термического окисления б цикле сухой — влажный — сухой кислород.Для этой системы мы наблюдали насыщение люкс-вольтовой х ар ак ­теристики конденсаторной фотоэдс ДУф, что позволило определить Yso- Кроме того, определяя Yso методом эффекта поля, мы могли сопоставить полученные результаты.А )щ IУровень инъекции S =  E определялся из измерения фотопроводимости, причем, мы могли не учитывать изменения 6 =  ( Y s o ) , так как в условиях нашего эксперимента фотопроводимость очень слабо менялась в зависимости от Yso, в то время как для заметного изменения величины фотоэдс необходимы значительные изменения в ô (рис. 1 ,а).Экспериментальные исследования ДУф проводились в широком диа­пазоне значений ô. Для сравнения с экспериментом были получены рас­четные зависимости ДУф =  ДУф(б). Они находились путем графическо­го решения уравнения:2qn jL jF (y , X, 5) +  qN d (l -  fj) -  qNa.f, ==  2qnjLjF0(y 0, X) 4- q Nd ( I —fi0) -  qNajfi0r (I)которое получено из условия постоянства полного поверхностного зар я ­да. В уравнении (1) использованы обозначения работы [1]. Рассчитан-кТные этим методом люкс-вольтовые характеристики для У8о = 2 2 -^ - вслучае отсутствия и при наличии поверхностных состояний приведены на рис. 2. Как видно из рисунка, при отсутствии поверхностных состоя130Поверхностный потенциал ( )7Рис. 1. Зависим ость конденсаторной ф отоэдс от поверхностного потенциала: а —  расчетны е зависим ости при различны х Ô б ез  учета захвата неравновесны х но-P0сителей на поверхностны е состояния (для 7 =  —  =  IO3);Піб —  эксперим ентальны е зависимости при ô i> ô ?CJTDгг»ICDЁCDѳ -а;аJZCLОЁÖОJZCDTDJZCDУ р о б е н ь  и н ъ е к ц и и ^Р ис. 2  для УРасчетны е зависимости конденсаторной ф отоэдс от уровня инъекция & so = 2 2  кТ/q; 1 —  Nt =  O; 2 —  Nt =  IO12 сост /см 2• с р /с п =  1 0 ~ 7, ѵ = + 4  кТ;3 — N t= I O 12, сост /ст 2 • Cp /C a = I О3, ѵ = 4  кТ9*ііий некоторая тенденция к насыщению наблюдается при очень больших уровнях инъекции (ô>3* IO6), причем предельное значение АУф равно значению равновесного поверхностного потенциала. Захват неравновес­ных носителей заряда поверхностными состояниями приводит к зани­женному значению АУф и к увеличению уровня инъекции, при котором достигается насыщение АУф.При экспериментальном исследовании системы S i—SiO2 методом эф ­фекта поля был определен равновесный поверхностный потенциал y so, значения которого для различных образцов менялись в пределах кТ19—22-^j- . На рис. 3 приведены экспериментальные люкс-вольтовые ха­рактеристики при различных потенциалах поверхности, соответствующих •инверсии и обогащению. Из рисунка видно, что значения поверхностного потенциала, определенные из насыщения экспериментальных кривых, значительно ниже его значений, полученных из эффекта поля. Так, длякТслучая равновесного потенциала Уй0 22 насыщение соответствует0 кТ кТзначению (Для Других образцов оно не превышало 11 ).В работе [4] при исследовании зависимости конденсаторной фото­эдс от поверхностного потенциала при различных уровнях инъекции бы­ло установлено, что в формировании сигнала фотоэдс присутствует избы­точный положительный сигнал диффузионного типа. Этот сигнал начи-кТкает превалировать в области потенциалов Уьо< 1 8  —— (рис. 1,6) и вэтой же области потенциалов наблюдается более резко выраженное на­сыщение люкс-вольтовых характеристик, включая область обогащения (рис. 3). Сопоставление экспериментальной зависимости с расчетной (рис. 2) позволяет заключить, что значительное занижение АУф обуслов­лено вкладом положительного избыточного сигнала и наличием захвата неравновесных носителей на поверхностные состояния.У р о в е н ь  и н ъ е к ц и и  8Рис. 3. Экспериментальные люкс-вольтовые зависимости при различных У80. Ука­заны значения У80, полученные по эффекту поляНа основании вышеизложенного можно сказать, что, по-видимому, метод определения поверхностного потенциала по насыщению люкс-воль- товой характеристики конденсаторной фотоэдс не является достаточно надежным и универсальным методом, поскольку захват неравновесных132носителей заряда на поверхностные состояния и вклад избыточной фо­тоэдс оказывают весьма существенное влияние на вид этой характерис­тики.Л И Т Е Р А Т У Р А1. E .0 . J o n s o n .  Phys. Rev. 111, 153, 1958.2. I. F l i n n .  Surface Sciense 10, 32, 1968.3. Y. W. L a m ,  I. P h u s. D. Appl. Phys. 4, 1370, 1971.4 . C. A . 3  а й д m a h , H. K. К у р ы н д и н а ,  Д.  И.  С в и р я к и н ,  Н екото­ры е особенности  зависим ости конденсаторной ф отоэдс от эл ектрического поля вси стем е S i— SiO 2. (Н астоящ ий сборник).

О люкс-вольтовой характеристике конденсаторной фотоэдс в системе Si-SiO2

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

RWTH Publications

Publikationsserver der RWTH Aachen University