Изучение влияние профиля распределения примеси на параметры ва-ракторов под воздействием давления

STUDYING THE IMPACT OF IMPACT DISTRIBUTION PROFILE ON VARACTOR PARAMETERS UNDER THE IMPACT OF PRESSURE

Odilzhon Mamatkarimov

Dr. Phys.-Mat. sciences, Namangan Institute of Engineering and Technology, Uzbekistan, Namangan

Ikromzhon Tursunov

Cand. Phys.-Mat. sciences, associate professor National University of Uzbekistan, Uzbekistan, Tashkent

Аннотация. Рассмотрена вольт-фарадная зависимость варактора, изготовленого на основе барьера Шоттки, подвергнутого всестороннему гидростатическому сжатию до 6 кБар. Показана сильная зависимость параметров барьера от вида профиля распределения примеси и от величины прикладываемого давления. Установлено, что выдержка варактора в течение 12 минут под давлением в 6 кБар, приводит к увеличению его чувствительности.

Abstract. Reviewed by capacitance-voltage dependence of a varactor made on the basis of the barrier Schottky, subjected to full hydrostatic compression up to 6 kBar. Shows strong the dependence of barrier parameters on the type of profile of impurity distribution and the value of the hydrostatic compression. Found that the extract of the varactor for 12 minutes under pressure in 6 kbar increases its sensitivity.

Ключевые слова: полупроводник; кремний; легирование; диод; давления.

Keywords: semiconductor; silicon; doping; diode; pressure

Введение. При создании варакторов, для более эффективной их работы, необходимо условие неравномерности вольт фарадной характеристики [1-3]. Для получения достаточно большой неравномерности характеристики используется формирование резкого профиля концентрации рапределения примеси по полупроводниковой подложке. Такой профиль концентрации примеси получают при помощи ионного легирования или при использовании процессов эпитаксиального выращивания. Однако известно, что барическое воздействие, как на исходную полупроводниковую подложку, так и на сформированный барьер Шоттки, приводит к изменению распределения примеси [4], что может быть использовано при изготовлении варакторов.

Методика эксперимента. В настоящей работе рассматривается вольт фарадная зависимость барьера Шоттки в случае, когда концентрация примеси в полупроводниковой подложке изменяется по закону 

,

где – концентрация примеси в полупроводнике на границе раздела с металлом,

 а -const, х – координата, отсчитываемая от границы раздела металл – полупроводник  в глубину  полупроводника.

Используя уравнение Пуассона и зависимость плотности объемного заряда от , получаем:

                                                                                                                                                               (1)

После интегрирования (1) по координате имеем:

                                                                                                                                                         (2)

Для нахождения постоянной  в уравнении (2), воспользуемся следующими граничними условиями

                                 ;      

где: – контактная  разность потенциалов между металлом и полупроводником.

Используя эти граничные условия, получим значение :

                                                                                                                                                 (3)

Подставляя выражение (3) в уравнение (2), получим:

                                                                                                                    (4)

После интегрирования выражения (4) по координате, имеем:

                                                                                                   (5)

После нахождения постоянной 

                                                                                                                                                                (6)

Находим

                                                                                (7)

и, далее, находим глубину проникновения электрического поля в полупроводник.

                                                                                                   (8)

Из полученного выражения видно, что зависимость существенно отличается от таковой, рассчитанной для равномерного распределения примеси [2,3]. Рассматривая емкость контакт металл – полупроводник в приближении плоского конденсатора, (8) находим зависимость емкости диода Шоттки от величины прикладываемого напряжения, для различных значений параметра  (2^.10^-6, 4^.10^-6, 6^.10^-6, 8^.10^-6).

Экспериментальная часть Из зависмостей, приведенных на рисунке 1 видно, что расчетная вольт -фарадная характеристика, построенная для диода Шоттки типа Au-n Si, в зависимости от значения параметра , видоизменяется достаточно сильно.

Рисунок.1. Рассчетные C-U зависимости для диода Шоттки для различных значений параметра а

При создании варакторов, для повышения эффективности их работы, необходимо условие неравномерности вольт - фарадной характеристики [2].

Действительно, одним из характеристических параметров варактора является его чувствительность:

                                                                                                                                                                   (9)

Здесь - показатель степени в выражении,  описывающем распределение примеси по толщине области объемного заряда полупроводника.

Из соотношения (9) видно: чем больше величина S, тем больше изменение емкости С под действием приложенного переменного напряжения U. На рисунке 2 приведены экспериментальные вольт-фарадные (усредненные по 5 образцам) зависимости диодов, типа Au-n Si, изготовленных на основе полупроводника n –типа проводимости. Сплошная зависимость соответствует расчетной вольт фараднной характеристике, приведенной на рисунке 1, для параметра .

Рисунок.2. Экспериментальные C-U зависимости для диодов Шоттки

1- контрольные диоды,    2- диоды подвергнутые воздействию давления в 6 кБар.

Обсуждение. Видно, что экспериментальная зависимость (1) хорошо совпадает с расчетной зависимостью, что подтверждает справедливость используемого при расчете закона распределения примеси. Зависимость (2) соответствует структуре подвергнутой воздействию всестороннего сжатия при давлении в 6 кБар с выдержкой 12 минут на установке, описанной в [5].

Видно, что после воздействия давления, вольт-фарадная характеристика (в области прикладываемых напряжений 0,5-1,5 В), смещается в левую сторону, что хорошо согласуется с данными работы [4]. Такое смещение характеристики приводит к увеличению значения dC/dU в этой области и к повышению чувствительности варактора.

Заключение. Следовательно, при изготовлении варакторов целессобразно использовать всестороннее гидростатическое сжатие.