Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 |

3.3. Вольт-амперная характеристика и характер шума В указанном выше режиме измерений величин CCE и разрешения, напряженность электрического поля у поверхности детектора составляла значительную величину 3 105 В/см. Поэтому представляется важным проследить вид обратной IЦV-характеристики барьеров Шоттки, который представлен в двойном логарифмическом масштабе на вставке к рис. 5. Выделяются два участка, где рост тока происходит по степенному закону от приложенного обратного напряжения в виде величины Рис. 4. Спектры -частиц с энергией в интервале 5.4 - (U + 1.5)1/2. На первом участке (U 150 В) показатель 5.5 МэВ, измеренные SiC-детектором (кривая 1) в сопоставстепени a близок к 1 (a = 1.22), на втором Ч к кубичелении со спектром, измеренным с использованием прецизионного Si-детектора (кривая 2). Напряжение смещения на SiC- ской зависимости (a = 2.84). Значения плотности тока детекторе 365 В, разрешение составляет 18.8 кэВ (0.34%). на первом участке соответствуют эмиссии электронов 7 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 386 Н.Б. Строкан, А.М. Иванов, Е.В. Калинина, Г.Ф. Холуянов, Г.А. Онушкин, Д.В. Давыдов, Г.Н. Виолина из металла при высоте барьера 1 эВ, что характерно для барьера Cr/SiC. Однако на втором участке как сами величины тока, так и возрастание темпа их роста указывают на протекание тока по локальным ДслабымУ участкам барьера Шоттки. Такие токи могут сопровождаться избыточными шумами, которые, в свою очередь, вносят вклад в ширину спектральной линии. Для проверки характера шумов была использована методика сравнения шумов темнового и фототока [7]. Фототок создавался путем равномерной по площади засветки детектора излучением светодиода на основе GaN(In).

Генерация фотоносителей происходила в основном за счет примесного поглощения. В итоге фототок определялся носителями, рожденными в объеме детектора и протекающими через всю площадь барьера. В таких Рис. 6. Зависимости шума SiC-детектора от тока после условиях должен наблюдаться дробовой шум.

ДпробояУ барьера Шоттки: 1 Ч шумы темнового тока; 2, 3 Ч Измерения проводились при двух значениях напряшумы при подсветке детектора. Напряжение смещения на жения смещения U = 150 и 500 В, каждое из которых детекторе U, В: 2 Ч 50, 3 Ч 80.

соответствовало правому краю указанных выше участков IЦV-характеристики. Детектор подключался ко входу спектрометрического тракта, на который поступали Действительно, ток второй точки, равный Id, реализован также импульсы от генератора стабильной амплитуды.

за счет увеличения U, а суммарный ток Id + Iph третьей Величина шумов определялась по размытию спектра амплитуд генератора. При этом, согласно [7], для уве- точки Ч путем подсветки при меньшем смещении. Как следствие, значения шума темновых токов легли на обличения связанного с током шума полоса пропускания щую зависимость. По-видимому, при прохождении тока усилителя смещалась в область низких частот.

по ДслабымУ участкам барьера нелинейные эффекты при На рис. 5 представлен ход квадрата шумов I2 от noise используемых U 500 В еще слабы.

тока, причем первые две точки, отмеченные стрелками, Дальнейшее повышение напряжения смещения до соответствуют значениям темнового тока (Id). Остальзначений 550 В привело к резкому возрастанию тоные величины получены как сумма Id и фототока (Iph).

ка. После наблюдаемого ДпробояУ первоначальный вид Как следует из рис. 5, величина I2 линейно возрастает noise IЦV-характеристик уже не воспроизводился, и зависис током, что характерно для дробового шума. Повышемость шумов от темнового тока возрастала сверхлиние смещения от U = 150 до 500 В на шумах фототока нейно (кривая 1 на рис. 6). Однако если зафиксировать не сказалось. Показательно также, что шумы не чувзначение U и далее увеличить ток путем подсветки, то ствительны к природе тока, как видно из совпадения шум приобретает прежний дробовой характер. Шумы значений шума для второй и третьей точек графика.

темнового тока служат только пьедесталом для величины суммарного шума (кривые 2 и 3 на рис. 6 для U = 50 и 80 В соответственно). Различие в характере шума после ДпробояУ дополнительно свидетельствует об отсутствии связи темнового тока барьера Шоттки с генерацией носителей в объеме структуры.

4. Заключение Впервые на детекторных структурах, выполненных в виде барьеров Шоттки на высокочистых эпитаксиальных слоях 4H-SiC, для -частиц с энергией 5.1-5.5МэВ получено разрешение по энергии 0.34%, соизмеримое с лучшими образцами Si-детекторов. Этому способствовало низкое содержание дефектных центров в эпитаксиРис. 5. Зависимости шума детектора Inoise от тока в услоальном слое ( 2 1012 см-3), что обеспечило довольно виях равновероятной по объему генерации носителей путем высокие значения диффузионных длин неосновных ноподсветки образца. Напряжение смещения на детекторе U, В:

сителей заряда Ч дырок, составлявшие 8Ц13 мкм. Это 1 Ч 150, 2 Ч 500. Первые, отмеченные стрелками точки обстоятельство наряду с низкими значениями конценсоответствуют темновому току Id. Для создания фототока Iph трации нескомпенсированных доноров позволило реаиспользовался светодиод GaN(In). На вставке Ч обратная вольт-амперная характеристика SiC-детектора. лизовать полный перенос неравновесного заряда уже Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Спектрометрия короткопробежных ионов детекторами на основе CVD-пленок 4H-SiC при 150 В обратного напряжения, хотя в указанном Specrometry of short range ions режиме на область слабого поля детектора приходилась by detectors on the basis of 4H-SiC зона трека с максимальной ионизацией. Для -частиц CVD-films с наибольшими значениями энергии используемого диаN.B. Strokan, A.M. Ivanov, E.V. Kalinina, пазона 4.8-7.7 МэВ наблюдается дефицит амплитуды G.F. Kholuyanov, G.A. Onushkin, D.V. Davydov, сигнала 1%.

G.N. Violina В свою очередь, хорошее качество барьеров Шоттки обеспечило наличие малых токов ( 1пА) до обратных Ioffe Physicotechnical Institute, напряжений 500 В. В результате не наблюдалось изRussian Academy of Sciences, быточного шума, а дробовой шум указанного тока не 194021 St. Petersburg, Russia вносил заметного вклада в ширину спектральной линии St. Petersburg Electrotechnical University, детектора.

197376 St. Petersburg, Russia Достигнутый уровень характеристик пленок приводит к выводу, что для дальнейшего улучшения разрешающей

Abstract

Cr Schottky barriers with areas of 10-2 cm2 were способности детекторов необходимо совершенствовать prepared by the vacuum thermal evaporation on 4H-SiC epitaxial технологию Двходного окнаУ структуры.

layers that had been grown by chemical vapor deposition (CVD) of Приведенные выше результаты получены на примере 50 m thickness. Concentrations of the uncompensated donors in спектрометрии -частиц. Однако не вызывает сомнений the CVD epitaxial layers were (4-6) 1014 cm-3, which allowed их справедливость применительно ко всему классу коus to expand the detector depletion region up to 30 munder a роткопробежных ионов (осколки деления ядер, ускоренreverse voltage of 400 V. The spectrometric detector characteristics ные ионы легких и тяжелых элементов). При спектроwere found in the way similar to that for -particles within the метрии, например, осколков деления обсуждавшаяся вы4.8Ц7.7 MeV energy range. The energy resolution less than 20 keV ше проблема ионизации ионом на границе области поля (0.34%) for the lines of 5.0Ц5.5 MeV was achieved that is only будет менее острой, поскольку производимая осколком twice as small as compared to the precision of the Si-based ионизация к концу пробега спадает.

detectors prepared by a special technology. The maximum signal amplitude of SiC-detectors agreed to the value of the average Авторы благодарят фирму CREE за предоставленный electron-hole pair creation energy in 4H-SiC, i. e to 7.70 eV.

образец с высокочистым эпитаксиальным слоем 4H-SiC.

Работа выполнялась при частичной поддержке грантом Президента РФ № НШ-2223.2003.02, а также программой исследований RD-50 (CERN).

Список литературы [1] L.W. Aukerman, H.C. Gorton, R.K. Willardson, V.E. Bryson.

Silicon Carbide, ed. by J.R. OТConnor, J. Smiltens (Pergamon, Oxford, 1959) p. 388.

[2] V.E. Bryson. Wright Patterson Air Force Base, Ohio Report AD-215601 (1959).

[3] Г.Ф. Холуянов, Б.В. Гавриловский. ФТП, 2 (4), 573 (1968).

[4] В.А. Тихомирова, О.П. Федосеева, Г.Ф. Холуянов. ФТП, 6, 957 (1972).

[5] E. Kalinina, G. Kholujanov, A. Zubrilov, V. SolovТev, D. Davydov, A. Tregubova, M. Sheglov, A. Kovarskii, M. Yagovkina, G. Violina, G. Pensl, A. Halln, A. Konstantinov, S. Karlsson, S. Rendakova, V. Dmitriev. Appl. Phys., 90, 5402 (2001).

[6] А.М. Иванов, Е.В. Калинина, А.О. Константинов, Г.А. Онушкин, Н.Б. Строкан, Г.Ф. Холуянов, A. Halln.

Письма ЖТФ, 30 (14), 1 (2004).

[7] А.М. Иванов, Н.Б. Строкан. ЖТФ, 70, 139 (2000).

[8] В.К. Еремин, Е.М. Вербицкая, Н.Б. Строкан, В.Л. Суханов, А.М. Маляренко. ЖТФ, 56, 1987 (1986).

[9] M. Ikeda, H. Matsunami. Phys. Status Solidi A, 58, (1980).

[10] A. Suzuki, H. Matsunami, T. Tanak. J. Electrochem. Soc., 124, 241 (1977).

Редактор Т.А. Полянская 7 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. Pages:     | 1 | 2 |    Книги по разным темам