Физика
Физика полупроводников
Алтухов В.И., доктор физико-математических наук, профессор СевероКавказского федерального университета
Билалов Б.А., доктор физико-математических наук, профессор Дагестанского государственного технического университета Касьяненко И.С., аспирант Санкин А.В., кандидат филологических наук, доцент
(Северо-Кавказский федеральный университет)
МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ БАРЬЕРА ШОТТКИ И ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ N-M/P-SIQALN-ДИОДОВ
В работе развита простая, но нелинейная по концентрации дефектов модель контакта металл-полупроводник. Показано, что учет нелинейной зависимости уровня Ферми EF от концентрации дефектов ведет к повышению барьера Шоттки на 15-25%. Для выращивания высоковольтных гетеро-структур на основе карбида кремния предлагается способ индукционного нагрева с алгоритмом системы управления технологическими режимами.
Ключевые слова: барьер Шоттки, вольт-амперные характеристики, высота барьера Шоттки, контакт металл-полупроводник.
MODELING OF A BARRIER OF SCHOTTKY AND VOLT-AMPERE CHARACTERISTICS OF HIGH-VOLTAGE N-M/P-SIC:ALN-DIODES
In work the contact model metal semiconductor is developed simple, but nonlinear on concentration of defects. It is shown that the accounting of nonlinear dependence of level of Fermi of EF from concentration of defects conducts to increase of a barrier of Schottky for 15-25%. For cultivation of high-voltage het-erostructures on the basis of carbide of silicon the way of induction heating with algorithm of a control system of technological modes is offered.
Keywords: Schottky's barrier, volt-ampere characteristics, height of a barrier of Schottky, contact metal semiconductor.
Высота потенциального барьера Шоттки ФB на контакте металл-полупроводник является важнейшим параметром диодов Шоттки, полевых транзисторов и других элементов (приборов) силовой электроники с поверхностно-барьерными структурами на основе карбида кремния и его твердых растворов [1, 2]. В том числе это структуры металл (М: Ni, Al, Mo, Au) -твердый раствор карбида кремния (SiC:AlN), в частности n-Al/p-(SiC)1-xAlNx. Расчет высоты барьера ФB для Al/n-(SiC)1-xAlNx по обобщенной теории Бардина и Шоттки-Мотта [3] не дал надежного согласия с экспериментами в области малых плотностей поверхностных состояний [2]. Однако ранее в работах [4, 5] была предложена довольно простая модель контакта металл (М)-полупроводник (n-4H-SiC) с локализованными на границе раздела поверхностными состояниями дефектов Ei (БШЛД-модель). При этом вольт-амперные характеристики (ВАХ) диодов Ni/4H-SiC c барьером Шоттки (БШ) хорошо согласуется с данными опы-
тов [1]. В настоящей работе развита модель БШЛД [4, 5, 6, 7] и приведены результаты моделирования и расчетов высоты барьера Шоттки на контакте металл-полупроводниковый твердый раствор ^С:ЛШ) различного состава х. Рассчитаны вольт-амперные характеристики диодов типа п-М/р^С:АШ как функции различных параметров теории (V- напряжения электрического поля, Т - температуры, Ехё _ ширины запрещенной зоны, х - состава твердого раствора, N -плотности (концентрации) изолированных состояний дефектов на единицу поверхности, Е1 - поверхностное локализованное состояние дефекта). Результаты расчетов сопоставляются с данными опытов для п-Л1/р^С:ЛШ систем (диодов). Рассматриваемые высоковольтные гетероструктуры на основе карбида кремния обычно выращиваются по «методу ЛЭТИ». В настоящей работе обращается внимание на возможность выращивания соответствующих структур, пластин, подложек по способу индукционного нагрева с алгоритмом системы управления технологическими режимами роста.
На рисунке 1 прямые ВАХ приведены как функции состава х для значений концентрации дефектов и при различных напряжениях. Зависимость прямого тока от концентрации поверхностных состояний при различных значениях глубины локализованного уровня Е^ представлена на рисунке 2.
1x10
1x10
1x10
1x10
1x10
о
10
20
30
Рис. 1. Прямые ВАХ как функции состава для концентрации дефектов с:1,2,3,4 с= 4; и Г,2',3',4' с = 5 и напряжениях V: а-0.10; Ь-0.15; с-0.18:ё-0.20 V
Рис. 2. Зависимость прямого тока 1(У)
от концентрации поверхностных дефектов с при различных значениях Е: 1 - Е=0.3 ЕР, 2 - Е=0.5 Ее
Рассчитанная высота барьера Шоттки Фвх в рамках предложенной модели БШЛПС с нелинейным по концентрации дефектов уровнем Ферми Ер и Фв для и-А1/р-($1С)1-х(АШ)х-диодов согласуется с данными опытов [2, 4]. Предложенная модель позволяет проанализировать поведение высоты барьера Шоттки и вольт-амперных характеристик п-М/р-^С)1. х(АШ)х-диодов от параметров системы: приложенного напряжения электрического поля (V), - температуры (Т), ширины запрещенной зоны твердого раствора SiC:A1N (Ехё), от состава твердого раствора(х), концентрации изолированных состояний дефектов (Щ и значений энергии поверхностного локализованного состояния (Ег). Нами предложен способ индукционного нагрева с алгоритмом управления технологическими режимами для выращивания высоковольтных гетероструктур, слоев на основе карбида кремния. Полученные образцы использовались для изготовления систем с контактами металл-твердый раствор карбида кремния с барьером Шоттки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Иванов П.А., Грехов И.В., Коньков О.И., Потапов А.С., Самсонова Т.П., Семенов Т.В. Вольт-амперные характеристики высоковольтных 4H-SiC диодов с барьером Шоттки высотой 1,1 эВ. ФТП 45, 1427 (2011).
2. Курбанов М.К., Рамазанов Ш.М., Мехтиев Б.З. Расчет высоты барьера Шоттки в структурах Al/n-(SiC)1-xAlNx. Материалы IV-й Всесоюзной конференции «Физическая электроника», Махачкала, 175 (2006).
3. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Мир, М. (1984) 1, 455 с.
4. Давыдов С.Ю., Лебедев А.А., Тихонов С.К. О барьере Шоттки на контакте металла с карбидом кремния. ФТП 31, 597 (1997).
5. Давыдов С.Ю., Лебедев А.А., Посредник О.В., Таиров Ю.М.. Контакт металл-карбид кремния: зависимость высоты барьера Шоттки от политипа SiC. ФТП, 35, 1437 (2001).
6. Алтухов В.И., Санкин А.В., Митюгова О.А.. Модель аномальной зависимости проводимости от состава твердых растворов на основе карбида кремния. Обозрение прикладной и промышленной математики 17, 246 (2010).
7. Алтухов В.И., Санкин А.В., Дядюк М.Н., Касьяненко И.С., Митюгова О.А., Филиппова С.В.. Расчет высоты барьера Шоттки на контакте металл-твердый раствор карбида кремния в структурах типа Al/n-SiC:AlN. Обозрение прикладной и промышленной математики 19, 111 (2012).
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.