Оптимизация параметров приборов на основе фосфида индия при помощи термообработки

OPTIMIZATION OF PARAMETERS OF INSTRUMENTS BASED ON INDIA PHOSPHID BY THERMAL PROCESSING

Ikhtiyor Kamolov

Cand. tech. Sci., Associate Professor of the Department of "Methods of teaching physics and astronomy" Navoi State Pedagogical Institute, Uzbekistan, Navoi

Sagidat Kanatbayev

Assistant Navoi State Pedagogical Institute, Uzbekistan, Navoi

Gulkhayo Sayfullayeva

doctoral student of Tashkent State Technical University, Uzbekistan, Navoi city

Makhliyo Mukhammadiyeva

the teacher of physics of the secondary school No. 12 in Navoi, Uzbekistan, Navoi city

Аннотация. В статье исследовано влияние термообработки на физические параметры полупроводникового материала. Определен оптимальный (режим) диапазон термообработки. При этом с увеличе­нием температуры отжига происходит улучшение характеристик диодов: уменьшается ток насыщения, расширяется область экспоненциальной зависимости прямого тока от напряжения смещения, наблюдается рост коэффициента выпрямления, контактного сопротивления и напряжения пробоя. Это позволяет использовать тепловую обработку в данном темпе­ратурном интервале для оптимизации параметров диодов Au-n-InP.

Аbstract. The influence of heat treatment on physical parameters of semiconductor material is investigated in the article. The optimum (mode) range of heat treatment is determined. At the same time, as the annealing temperature increases, the characteristics of the diodes improve: the saturation current decreases, the region of the exponential dependence of the forward current on the bias voltage widens, the rectification coefficient, the contact resistance and the breakdown voltage increase. This allows the use of heat treatment in this temperature range to optimize the parameters of Au-n-InP diodes.

Ключевые слова: металл; полупроводник; фосфид индия; осаждения металла; вакуум; промежуточный слой; термообработка; избыточный ток; коэффициент идеальности; вольт-амперная характерис­тика; напряжения пробоя; контактное сопротивление; токопрохождения.

Keywords: metal; semiconductor; indium phosphide; metal deposition; vacuum; intermediate layer; heat treatment; excess current; ideality coefficient; current-voltage characteristic; breakdown voltage; contact resistance; current carrying.

Для лучшего понимания свойств полученных металл-полупроводни­ковых структур вольт-амперные характеристики были измерены при различных температурах.

Основные вольт-амперные характеристики (ВАХ) маломощных полупроводниковых приборов (диоды Шоттки) Au-n-InP (контакт – металл-полупроводник на основе фосфида индия), сформированных электрохимическим осаждением золота (Au), после различных темпе­ратурных обработок представлены на рис. 1а. Влияние температуры отжига на отдельные параметры исследуемых диодов показано на рис. 1б.

а)                                                           б)

Рисунок 1. Прямые (а) и обратные (б) ветви ВАХ диодов Шоттки Au-n-InP после различных тепловых обработок: 1– до отжига; 2 – Т_отж=373 К; 3 – 423 К; 4 – 473 К; 5 – 523 К; 6 – 573 К; 7 – 623 К

Из них следует, что тепловая обработка (отжиг) диодов Au-n-InP приводит к существенному изменению практически всех параметров контактов. Наиболее интересна область от 373 до 523÷573 К, когда с увеличением температуры отжига происходит улучшение характеристик диодов: уменьшается ток насыщения, расширяется область экспоненциальной зависимости прямого тока от напряжения сме­щения, наблюдается рост коэффициента выпрямления, контактного сопротивления и напряжения пробоя. Это позволяет использовать тепловую обработку в данном температурном интервале для оптими­зации параметров диодов Au-n-InP.

Дальнейшее увеличение температуры отжига приводит к резкому ухудшению контактных характеристик диодов Шоттки Au-n-InP, и при температуре 613÷633 К они становятся омическими, с приведенным сопротивлением <10³ см².

При этом происходит изменение морфологии контактов Аu-n-InP, свидетельствующее об интенсивности процессов взаимодействия, происходящих на границе раздела Au-n-InP при этих температурах.

Анализ более полной информации, полученной в ходе экспери­мента, показывает, что атмосфера отжига изменяет лишь количественную сторону происходящих изменений в области температур 373÷573 К, не влияя на характер зависимости параметров диодов от температуры отжига. Правда, эти отличия могут быть обусловлены различием в условиях проведения эксперимента. Если при отжиге по водороду диоды вносились сразу в горячую зону, то при отжиге в вакууме они нагревались вместе с печью.

Проведенные опыты показывают, что для диодов Шоттки М-InP с концентрацией электронов≈ 10¹⁶ см^-3 основным механизмом переноса является термоэлектронная эмиссия носитель-заряда над потенциальным барьером. Она сохраняется и в процессе отжига при температурах ниже 573 К, о чем свидетельствует постоянство коэффициента ВАХ и наклона обратных ВАХ. Так как контактное сопротивление и ток «насыщения» связаны с параметрами контакта соотношениями.

Аналогичное поведение характеристик в процессе тепловой обработки наблюдается и для диодов Ni-n-InP. Влияние температуры отжига также увеличивает значения высоты потенциального барьера контактов Ni-n-InP. При этом контакты становятся омическими уже при Т_отж=543÷593 К без заметного изменения металлургических свойств.