Исследование электрофизических свойств гетероструктур Pt/AlN/SiC/Si

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

§1. Электрический отклик от структуры SiC/Si на воздействие модулированного лазерного излучения и излучения от источника ОИ-24.

При воздействии модулированного лазерного излучения на структуру SiC/Si обнаружен электрический отклик, имеющий фотовольтаическую природу, представленный на рис. 3.1.

Рис.3.1. Стационарный фотовольтоический отклик со структуры SiC/Si при воздействии на нее модулированного лазерного излучения.

Была исследована пленка карбида кремния при облучении ее источником модулированного белого света. Отклик от структуры SiC/Si на воздействие модулированного белого света при плотности мощности излучения 30 мВт/см2 был настолько большим, мы, не используя усилитель, фиксировали его напрямую на экране монитора (осциллографа). Осциллограмма  представлена на рис.3.2.

Рис.3.2. Стационарный фотовольтаический отклик со структуры SiC/Si при воздействии на нее модулированного излучения плотностью мощности 30 мВт/см2

              Зависимость величины фототока от плотности мощности светового излучения представлена на рис.3.3.

Рис.3.3. Фототок как функция плотности мощности светового потока.

Были проведены исследования влияния цветных фильтров на величину и форму электрического отклика. В результате исследований было обнаружено, что фильтры желтый, голубой  уменьшают величину отклика, а при использовании матового стекла (рассеянный свет) мы получили отклик со структуры SiC/Si противоположной фазы, который представлен на рис.3.4.

Рис. 3.4. Зависимость электрического отклика при облучении пленки SiC модулированным рассеянным световым потоком, плотностью мощности 62 мВт/см2

§2. Диэлектрические свойства структуры Pt/AlN/SiC/Si

              При исследовании пленок Pt/AlN/SiC/Si было обнаружено, что диэлектрическая проницаемость пленок нитрида алюминия мала и ее величина варьируется в пределах 8 -10. Необходимо отметить, что тангенс угла диэлектрических потерь очень мал и составляет 0,2-0,5 %. (0,0002-0,0005)

а

б

Рис. 3.5. Распределения диэлектрической проницаемости по поверхности пленок нитрида алюминия: а – 703, б – 792 (толщина пленки 1 мкм.

Было исследовано воздействие постоянного электрического поля на величину емкости (диэлектрической проницаемости). Результаты представлены на рис.3.6.

Рис.3.6. Вольт-фарадная характеристика структуры Pt/AlN/SiC/Si (792)

Используя  вольт-фарадную зависимость при обратном ходе  (кривая 2), был рассчитана величина барьера Шотки, которая составила 4 эВ.

Рис. 3.7. Зависимость 1/С2 от приложенного постоянного напряжения

Представляло определенный интерес исследование частотных зависимостей структуры Pt/AlN/SiC/Si

Рис.3.8. Частотная зависимость эффективной емкости структуры Pt/AlN/SiC/Si

Рис.3.9. Частотная зависимость тангенса угла диэлектрических потерь структуры Pt/AlN/SiC/Si

Как видно из графиков (рис.3.8, 3.9), наблюдается некоторая дисперсия в области низких частот до 1 кГц, которую можно связать с проводимостью пленок. Увеличение емкости и tg в области от 105 до 106 Гц пока объяснить не представляется возможным.

              Температурная зависимость диэлектрической проницаемости структуры Pt/AlN/SiC/Si представлена рис. 3.10

Рис.3.10. Температурная зависимость диэлектрической проницаемости структуры Pt/AlN/SiC/Si: Красные точки – нагрев, синие – охлаждение.

Обращает на себя внимание несовпадение прямого и обратного хода кривых , причем при обратном ходе наблюдается некоторое увеличение диэлектрической проницаемости в районе 50оС.

§3. Электрический отклик от структуры AlN/SiC/Si на воздействие модулированного лазерного излучения

В результате воздействия на пленку модулированного лазерного излучения возникал электрический отклик, форма которого представлена на рис. 3.11.

Рис. 3.11.Форма электрического отклик от структуры AlN/SiC/Si (толщина 1 мкм) на воздействие модулированного лазерного излучения.

В ряде случаев, когда рассеянный свет попадал на нижний электрод форма отклика имела вид, представленный на рис. 3.12.

Рис.3.12.Сложный электрический отклик от структуры Pt/AlN/SiC/Si.

Если контактная площадка оказывалась пробитой или пленка обладала большой проводимостью (большой тангенс угла диэлектрических потерь) форма сигала принимала вид, представленный на рис. 3.13 (а, б)

Рис. 3.13.Формы электрических откликов от структуры AlN/SiC/Si: а – от пробитой токи пленки, б – от пленки с большим тангенсом диэлектрических потерь.

Такое поведение натолкнуло нас на мысль, что наблюдаемый электрический отклик есть не что иное, как фототок короткого замыкания (ФТКЗ), который имеет прямоугольную форму, повторяющую форму модулированного лазерного излучения, в случае, когда пленка пробита либо имеет большую проводимость и практически полностью повторяет форму фотоотклика от структуры  SiC/Si. В случае, когда наблюдался импульсный отклик (рис.3.11)  имело место просто дифференцирование прямоугольного импульса от системы 2-х конденсаторов AlN и SiC /Si. Доказательством этого явилось дифференцирование прямоугольного импульса от SiC/Si  с помощью графической программы Origin, рис. 3.14.

Рис.3.14. Графическое изображение прямоугольного фотоотклика (а) и этого же отклика после дифференцирования (б) от структуры AlN/SiC/Si

ВЫВОДЫ:

1. При исследовании электрического отклика со структуры SiC/Si на модулированное тепловое (световое) излучение обнаружен стационарный фотоотклик, величина которого линейно зависит от плотности мощности излучения и от длины волны излучения.

2. При использовании матового фильтра обнаружено изменение фазы  отклика на противоположную.

3. Исследованы диэлектрические свойства гетероструктуры на основе нитрида алюминия, сформированного на подложках SiC/Si, рассчитана величина барьера Шоттки 4 эВ.

4. Показано, что наблюдаемый электрический отклик с гетероструктуры Pt/AlN/SiC/Si имеет фотовольтаическую природу.

Список литературы:

1.      Бессолов В.Н. и др. // Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. В. 21. С. 30.

2.      Бессолов В.Н., Жиляев Ю.В., Коненкова Е.В., Сорокин Л.М., Феоктистов Н.А., Шарофидинов Ш., Щеглов М.П., Кукушкин С.А., Метс Л.И., Осипов А.В. Нитрид алюминия на кремнии: роль промежуточного SiC слоя и технологии хлоридной газофазной эпитаксии. Письма в ЖТФ, 2010, том 36, вып. 11

    3.   Емельченко Г.А., Масалов В.М., Жохов А.А., Максимук М.Ю., 

         Баженов А.В., Зверькова И.И., Хасанов С.С., Штейнман Э.А.,  

         Терещенко А.Н. Синтез периодической наноструктуры SiC/C. Физика  

         твердого тела, 2011, том 53, вып. 6

     4. Золотухин И.В., Грибанов С.А., Попов А.А.  Поглощение света            

        твердотельными фрактальными структурами      карбида    кремния.   

  Письма в ЖТФ, 2000, том 26, вып. 23

     5. Иванов А.М., Козловский В.В., Строкан Н.Б., Лебедев А.А.

     Распределение по энергии атомов отдачи и формирование

     радиационных дефектов в пленках карбида кремния

     при протонном облучении. Физика и техника полупроводников, 2011,        

          том 45, вып.2

6. Калтаев Х.Ш-о., Сидельникова Н.С., Нижанковский С.В., Данько  А.Я., 

    Ром М.А., Матейченко П.В., Добротворская М.В., Будников А.Т. 

    Получение текстурированных пленок нитрида алюминия методом

    термохимической нитридизации сапфира. Физика и техника   

    полупроводников, 2009, том 43, вып. 12

    7. Синельников Б.М., Тарала В.А., Митченко И.С.  «Описание структуры

        кристаллических карбида кремния с позиции высокомолекулярных

        соединений».

     8. Спивак А.М. Получение и исследование тонких пленок нитрида     

        алюминия и фотоприемных структур на их основе. Дисертация.  Санкт-  

        Петербург 2009 г. 122 с.

    9. Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии.

        VII Международная конференция. Кисловодск – Ставрополь:      

        СевКавГТУ, 2007

       10. http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/SiC/-   физические 

            свойства политипов карбида кремния.

       11. http://ru.wikipedia.org/wiki/Карбид_кремния

29