1992 ФИЗИКА И ТЕХНИКА полупроводников том 26, вып. 61992 PHYSICS AND TECHNICS OF SEMICONDUCTORS vol. 26. N 6ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИОДОВ ШОТТКИ СО СЛОЕМ СЛАБО ЛЕГИРОВАННОГО ПОЛУПРОВОДНИКА В ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА Кальфа А. А., Чикун В. В. Предложена модель расчета обратной ветви ВАХ на диодах с неоднородным легированием области пространственного заряда в барьере Шоттки. В приближении ВКБ (WKB) найдена величина одномерного уравнения Пуассона. Экспериментально измерена ВАХ GaAs диодов Шоттки с металлизацией Au/Ti, напыляемой на холодную подложку. Получено хорошее совпадение расчетной и экспериментальной ВАХ. 1. При анализе вольт-амперных характеристик (ВАХ) диодов Шоттки основное внимание уделяется прямой ветви ВАХ. В немалой степени это определяется хорошо развитой моделью, позволяющей контролировать состояние границы раздела металл—полупроводник с помощью несложных зависимостей. Для обратной ветви не существует столь же простых моделей. Основная доля работ, в которых получены аналитические зависимости, посвящена туннельным эффектам в барьере Шоттки с однородным легированием полупроводника в области пространственного заряда (ОПЗ) [1-3]. Однако для некоторых приборов, например смесительных диодов, целесообразно использовать структуры с тонким слабо легированным слоем. Это позволяет снизить потери преобразования, шумы и т. д. Расчет обратной ветви ВАХ у таких диодов оказывался возможным лишь методом машинного моделирования.В данной работе предложена аналитическая модель для описания туннелирования электронов сквозь барьер Шоттки с тонким слабо легированным слоем полупроводника в ОПЗ, которая позволяет получить результаты, хорошо совпадающие с экспериментом. 2. В приближении ВКБ (WKB [3]) вероятность туннелирования электронов с энергией q1 сквозь барьер описывается зависимостью Функция ((х)—1) находится из решения одномерного уравнения Пуассона с граничным условием, соответствующим равенству электрических полей по обе стороны от границы раздела полупроводниковых слоев, в результате чего вероятность туннелирования становится равной Рис. 1. Зонная диаграмма барьера Шоттки со слабо легированным слоем в ОПЗ полупроводника. а туннельный ток сквозь барьер Шоттки— методом хлоридной газовой эпитаксии, формировались диоды с барьером Шоттки Au/Ti—GaAs. Перед осаждением барьера поверхность полупроводника травилась в фосфорно-перекисном травителе на глубину 30 и 90 нм и далее обрабатывалась в кипящей ортофосфорной кислоте в течение 20 с для максимальной очистки поверхности GaAs от углерода [4]. Титан и золото напылялись на холодную подложку, скорость осаждения Ti составляла 2 нм/с. Измерения ВАХ производились как на прямой, так и на обратной ветвях. Методом наименьших квадратов [5] с учетом сил зеркального изображения рассчитывались коэффициент идеальности и высота барьера. Оценка высоты барьера проводилась как с учетом коэффициента идеальности [3] 0 , так и без него (э =/n + S(1-1/n)). Полученные результаты использовались в дальнейшем для расчета обратной ветви ВАХ и сопоставления ее с экспериментом (рис. 2).Из приведенных результатов видно, что расчетные кривые хорошо совпадают с экспериментом во всех случаях, кроме низкой высоты барьера. Расхождение в 10 нм между теорией и экспериментом на втором образце вполне может быть объяснено как погрешностью измерения толщины слабо легированного слоя, так и неравномерностью скорости травления при временах, меньших 1 мин. Столь хорошее совпадение позволяет использовать (3) для расчета толщины слабо легированного слоя. Обращает на себя внимание то, что обратная ветвь характеризуется большой высотой барьера. Это свидетельствует о необходимости учета коэффициента идеальности при расчете высоты барьера, как это и предлагается в [3 ].Расчетная ВАХ диода 1 заметно отличается от экспериментальной. Однако большой коэффициент идеальности и малая высота барьера указывают на присутствие дефектов в тонком поверхностном слое, которые либо снижают высоту барьера (особенно при напряжениях, больших 1 В), либо являются источником дополнительных токовых утечек, что не учитывается теорией. Этими же причинами может быть объяснена и погрешность в 20 нм измерения толщины слабо легированного слоя.4. Получена аналитическая зависимость для обратной ветви ВАХ диодов Шоттки с тонким слабо легированным слоем в ОПЗ^ которая хорошо соответствует эксперименту.^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ [1] Стриха В. И., Бузанева Е. В. Физические основы надежности контактов металл—полупроводник в интегральной электронике. М., 1987. 256 с. [2] Padovani F. A., Stratton R. // Sol. St. Electron. 1966. V. 9. N 7. Р. 695—707. [3] CroweU С. R., Rideout V. L.//Sol. St. Electron. 1969. V. 12. N 1. Р. 89—105. [4] Маркин Б. В., Чикун В. В. // Электрон, техн. Сер. 1. Электроника СВЧ. 1990. № 4. С. 19—22. [5] Лиференко В. Д., Лукин И. А.» Марков Ю. В. // Электрон, техн. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. 1978. № 4. С. 86—89. Научно-производственное объединение «Исток» Получена 4.03.1991 Фрязино Принята к печати 26.12.1991