Перенос заряда в кремниевых туннельных структурах с участием электронных состояний, локализованных на границе раздела.

Куркин Степан Георгиевич

Плотников Яков Викторович

Новосибирский Государственный Технический Университет

Камаев Геннадий Николаевич, к.ф-м.н.

kamaev@isp.nsc.ru

Низкоразмерные системы, образующие систему квантовых ям, привлекают интерес у исследователей уже не только с точки зрения получения знаний в области фундаментальной физики твердого тела, но и возможности создания приборов. Это связано с перспективой построения на их основе твёрдотельных приборов, использующие квантовые эффекты, например, двухбарьерных туннельных диодных структур. Возможность контролируемого создания 0-мерных состояний в широкозонных материалах, представляет интерес и с точки зрения исследования эффектов памяти, процессов зарядки и разрядки данных центров в условиях подсветки.

В данной работе представлены результаты исследований электронного транспорта в кремниевых туннельных n++\p++-структурах, полученных методом прямого сращивания сильно легированных пластин кремния марки КЭМ-0.002 (n++) и КДБ-0.001 (p++). Особенность данных структур заключается в наличии на границе сращивания тонкого туннельно-прозрачного слоя диоксида кремния и локализованных электронных состояний на границах раздела (поверхностных состояний на границе сращивания), что приводит к появлению двухбарьерной туннельной диодной структуры. Измерения вольтамперных характеристик (ВАХ) после различных температур сращивания проводились при определенном способе подачи напряжения в диапазоне от -3 до +3 В при азотной и комнатной температурах.

На рисунке 1 представлены ВАХ образца после сращивания при 600 °С (направление развертки напряжения указано в подписи к рисунку). При напряжениях около +1 и –1 В появляются осцилляции, связанные с перезарядкой состояний на границе радела. Также можно заметить, что отсутствует асимметрия ВАХ, характерная для диодной структуры. Можно предположить, что при данной температуре сращивания в исследуемой структуре имеется высокая плотность состояний, которые определяют перенос заряда.

На рисунке 2 представлены ВАХ для диодной структуры после температурной обработки при 900 °С при разных последовательностях развёртки напряжений смещения (последовательность развёрток указана в подписи к рисунку). Анализируя ход представленных на рисунке кривых, можно заметить, что если развёртка осуществляется при положительном смещении на диоде в прямом и обратном направлении наблюдается только небольшой гистерезис. Осуществляя развёртку от +3 В в сторону убывания, при переходе от прямого к обратному смещению на диоде в области напряжений от –2 до –3 В наблюдаются осцилляции тока с периодом по напряжению ~0,35 В. Далее при осуществлении развёртки напряжения смещения от –3 до +3 В при напряжении около +2 В наблюдается участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. При дальнейшем увеличении напряжения при 2,8 В происходит ещё одно падение тока. Также на данном образце при измерениях ВАХ в разных направлениях развёртки напряжения наблюдается гистерезис.

Проведенные комплексные исследования свойств границы сращивания позволяют установить взаимосвязь между структурными параметрами и исследуемыми явлениями переноса носителей заряда через границу раздела в n++\p++-диодах с встроенными локализованными состояниями.

рис. 1 ВАХ диодной структуры рис.2 ВАХ диодной структуры
(после температурной обработки при 600 °С) (после температурной обработки при 900С
1 - при измерении от –1.5 до +1.5 В; 1 - при измерении от 0 до +3 В;
2 - при измерении от +1.5 до –1.5 В; 2 - при измерении от +3 до 0 В;
3 - при измерении от 3 до –3 В;
4 - при измерении от –3 до 3 В.