Тензочувствительность структур с барьером Шоттки изготовленных на основе кремния с примесями никеля в зависимости от сопротивления его базовой области

Известно [1] что, легируя полупроводниковых материалов разними примесями можно контролировать их электрофизических параметров в очень широком диапазоне. Особенно легирование полупроводниковых материалов примесями, которые создают глубокие энергетические уровни в его запрещенной зоне приводит к проявление новых и весьма интересных свойств. Глубоколежащие примесные центры находясь в запрещенной зоне полупроводника могут находиться в частично ионизованном состоянии даже при комнатных температурах. Именно это свойства таких полупроводников сделает его высокочувствительным к любым внешним воздействиям. Поэтому таких полупроводниковых материалов с глубокими примесными центрами можно отнести к новым классам полупроводниковых материалов.

В данной работе приводится результаты исследования вклада базовой области в общую тензочувствительность структур с барьером Шоттки (БШ) изготовленных на основе компенсированного кремния с примесями никеля. На рис. 1. приведены относительные изменения прямого тока, протекающего через структуры с БШ на основе Si и на основе исходного кремния с разными удельными сопротивлениями при импульсном гидростатическом давлении амплитудой 0.6 ГПа.

Из рисунка видно, что в структурах с БШ на основе Si с удельными сопротивлениями 102, 103 Ом см, прямой ток увеличивается в 2 и в 2,4 раза соответственно, а в структурах на основе исходного кремния с удельными сопротивлениями 102, 103 Ом см эти изменении составляет всего лишь 1.2, 1.25 раза соответственно. Известно [3], что структуры с БШ, имеющие одинаковые удельные сопротивления, независимо от типа примесей, имеют почти одинаковые высоты потенциального барьера. Значит, в структурах с БШ тензоэффект в основном связан с тензорелаксационными эффектами происходящими в базовой области при воздействие импульсного гидростатического давления.

Нами также исследованы тензосвойств поверхностно барьерных структур с барьером Шоттки на основе n – Si

и n – Si

с удельными сопротивлениями ~102 и 103 Ом∙см при всестороннем гидростатическом давлении (ВГД).

Рис.1. Относительное изменения прямого тока структур с Б.Ш. на основе Si и на основе исходного кремния с разными удельными сопротивлениями. 1. Si

; 80 Ом∙см, 2. Si

; 200 Ом∙см, 3. Si

; 102Ом∙см, 4. Si

; 103Ом∙см

На рисунке 2 приведены зависимость относительного изменения прямого тока структур с барьером Шоттки при ВГД (I/Io=f(P), P=0.5 ГПа) от приложенного электрического напряжения.

Как показали результаты исследований, относительное изменение прямого тока диодных структур с барьером Шоттки на основе n – Si

с удельными сопротивлениями ~102 (рис. 2 крив. 2) и 103 (рис. 2 крив. 3) Ом∙см. при постоянном значение всестороннего гидростатического давления зависит от приложенного внешнего электрического напряжения.

Как видно из рисунка 2, зависимость относительного изменения прямого тока при ВГД от электрического напряжения можно делит на три характерные участки. На участке I отношения I/Io при постоянном ВГД равной P=0.5 ГПа увеличивается с увеличением электрического напряжения. Значение I/Io на участке II уменьшается, а на участке III она становится постоянной.

По нашим предположениям, такой характер зависимости относительного изменения прямого тока при постоянном ВГД от электрического напряжения связано с наличием компенсирующих примесей в объеме базового материала исследуемых структур с барьером Шоттки. В нашем случае базовые материалы исследуемых диодных структур с барьером Шоттки являются компенсированный кремний с примесями никеля. Из-за высокого удельного сопротивления (~102 и 103 Ом∙см) базового материала исследуемых структур с барьером Шоттки приложенное электрическое напряжения распределяется между потенциальном барьером и базового материала. Известно, что [3] зависимость высоты потенциального барьера от электрического напряжение выражается следующей формулой.

ϕ=ϕ_b-еU (1)

где ϕb - контактная разность потенциалов металл-полупроводник. е -заряд электрона, U - внешнее напряжения, прикладываемые к контакту. В нашем случае при увеличении прямого напряжения исследуемые диодные структуры находятся под высоким гидростатическим давлением (P=0.5 ГПа). Поэтому высота потенциального барьера с учетом гидростатического сжатия можно выражать следующим образом.

ϕ=ϕ_b-еU-γP (2)

Увеличение внешнего электрического напряжения приводит к перераспределению падающее напряжение между контактом и базовой области поверхностно барьерной структуры.

2J

102 Om∙sm

102 Om∙sm

103 Om∙sm

104 Om∙sm

105 Om∙sm

Au-Si

-Sb

Au-Si

-Sb Au-Si

-Sb Au-Si

-Sb Au-Si

-Sb

Электрическое напряжение, В

Рис.4.3 Относительное изменение прямого тока структур с барьером Шоттки изготовленных на основе исходного (1) кремния и Si

(2,3) при всестороннем гидростатическом давлении в зависимости от приложенного электрического напряжения

При меньших внешних электрических напряжениях ее большая часть падает на барьере. Поэтому ее перераспределения между контактом и базовой области незначительно. С дальнейшим увеличением напряжения потенциальный барьер становится еще меньше и его эффективное сопротивление становится сравнимо с сопротивлением базовой области. При этом увеличение относительного изменения прямого тока через исследуемых структур становится максимальным (рис. 2). Далее с увеличением электрического напряжения эффективное сопротивление потенциального барьера становится на много меньше чем сопротивление базовой области. Поэтому при дальнейшем увеличении внешнего электрического напряжения отношения I/Io начинает уменьшаться (рис. 2).

Из приведенных выше результатов можно сделать вывод о том, что чем больше удельное сопротивление базового кремния структур с барьером Шоттки темь хуже его выпрямляющее свойства. Ухудшение выпрямляющего свойства поверхностно барьерных структур не связано наличием компенсирующих примесей, а зависит только от сопротивления базовой области. В структурах с барьером Шоттки на основе n – Si

с удельными сопротивлениями ~104 и 105 Ом∙см потенциальный барьер почти не формируются.