Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 |

измерениях фиксировался ток в цепи эмиттера. При изменении импульсного напряжения базовое смещение обычно поддерживалось постоянным. Кроме того, для от периода сверхрешетки. Оценка времени рассеяния наблюдения за состояниеми экспериментальной струкпо формуле туры фиксировались постоянные токи в цепях эмиттера = m/e (6) и базы.

приводит к результату = 6 10-14 с, который неплохо согласуется с оценкой из критерия (2). Оцененное по Результаты и их обсуждение этой формуле составляет для 4H 4.4 10-14 с, а для 6H Ч5.5 10-14 с.

Полученные в результате измерений N-образные ВАХ Другой критерий этого эффекта требует выполнения для политипов 4H и 6Hпредставлены на рис. 2. Первой условия была обнаружена такая ВАХ для политипа 6H [19,20].

eFl > E1, (7) Пороговое поле начала ее падающего участка составляло в разных образцах (1.2-1.7) 105 В/см и определя- где l Ч длина свободного пробега, а E1 Ч ширина лось с погрешностью около 10 %, связанной в первую первой минизоны. Очевидно, что для политипа 4H с очередь с неточностью определения ширины базового периодом сверхрешетки в 1.5 раза меньшим, чем у слоя. Несколько позднее эффект был получен и для 6H, ширина первой минизоны должна быть значительно второго политипа 4H [21]. Из рис. 2 видно, что ка- большей, чем у 6H. Таким образом, можно утверждать, чественно полученные ВАХ близки, однако пороговое что величина порогового поля возникновения ОДП в поле для 4H почти в 2 раза выше, чем для 6H, и политипах 4H и 6H соответствует критериям эффекта составляет (2.7-3) 105 В/см. Заметим, что на рис. 2 ЕсакиЦТсу, а наблюдаемое различие в величинах поропредставлены структуры, на которых N-образная ВАХ гового поля для этих политипов также соответствует проявилась наиболее отчетливо. В ряде образцов падение указанным критериям. Это позволило нам истолковать тока не превышало 20 %, кроме того в многих случаях наблюдаемую для этих политипов ОДП, как начальную наблюдению эффекта препятствовали неконтролируемые фазу процесса ВШЛ, а именно как эффект брэгговского утечки тока и микроплазменный пробой. В ряде образцов отражения электронов от края первой минизоны.

даже при отсутствии подобных утечек ВАХ сохраняла По-видимому, наблюдаемую ОДП можно объяснить и монотонность вплоть до полей пробоя. другими причинами. Известно, что N-образная ВАХ возДля численных оценок при интерпретации резуль- никает также и при рекомбинационной неустойчивости, татов использованы следующие значения параметров: когда носители тока захватываются на отталкивающие d = 7.5 10-8 см для 6H-SiC, d = 5 10-8 см для центры [22]. Однако, времена пролета электронов через 4H-SiC, m = m0, = 100 см2/В с. Здесь m, и m0 базовый слой t < 10-10 с существенно меньше времени соответственно масса и подвижность электрона вдоль рекомбинации, что уменьшает вероятность этого процесоси сверхрешетки, а также масса свободного электрона. са. Кроме того, в случае рекомбинационной неустойчиИз критерия (2) видно, что величина порогового поля вости пороговые поля для политипов 4H и 6Hбыли бы ОДП, связанной с эффектом ЕсакиЦТсу, прямо зависит практически одинаковыми.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Электронный транспорт в условиях ваньеЦштарковской локализации в политипах карбида кремния Таким образом, представляется обоснованной интерпретация наблюдавшихся эффектов в рамках теории ваньеЦштарковской локализации. Параметры эффектов соответствовали критериям ВШЛ, а различие пороговых полей для двух политипов соответствовало различию в параметрах сверхрешетки между ними. Возрастающая ветвь ВАХ справа от пороговой точки может быть объяснена ростом инжекции при увеличении поля, а также поперчным разогревом электронов. Кроме того, не все электроны, участвующие в протекании тока подвержены ванье-штарковскому квантованию. В силу геометрии экспериментальной структуры протекание тока в ней возможно и в направлениях, отличных от оси сверхрешетки.

Исследование ВШЛ в сверхсильном электрическом поле До сих пор речь шла об эффектах ВШЛ в сильном поле, при котором, однако, расстояния между уровнями Рис. 3. Зависимость тока от поля для экспериментальных штарковской лестницы малы настолько, что минизону структур на основе политипа 6H (случай сверхсильного элекможно считать квазинепрерывной, т. е. E1 eFd. При трического поля). Комментарии к рисунку в тексте.

дальнейшем росте электрического поля непрерывность электронного спектра нарушается, а область, в которой локализуется электрон, уменьшается. Поля, при которых ее размер существенно меньше длины свободного про- половине максимального. В этой схеме эксперимента бега, т. е. роль импульсного поля заключалась в том, чтобы обеспеl E1/eF, (8) чить инжекцию электронов в базу и их дрейф в область сильного поля.

мы будем называть сверхсильными.

Использование описанной экспериментальной метоС целью исследования дальнейшего развития процесса дики позволило исследовать ВАХ структур на основе ВШЛ при таких полях экспериментальная методика была политипов 4H и 6H в диапазоне полей от 100 до несколько модифицирована. Это было связано с тем, что 2000 кВ/см. Основные результаты представлены на рис. методика, описанная выше не позволяет достичь полей и 4. Видно, что характеристики обоих политипов совыше 5 105 В/см из-за возникновения локального продержат ряд особенностей, причем их количество для 6H боя. Основное изменение условий эксперимента состоязначительно больше, чем для 4H. Далее мы предлагаем ло в том, что на коллекторный переход, помимо импульсинтерпретацию полученных результатов в рамках теории ного, подавалось постоянное напряжение, смещающее ВШЛ.

его в обратном направлении. Это приводило к тому, что Вольт-амперные характеристики политипа 6H содеркроме импульсного напряжения, однородного по всей жат пять особенностей, отмеченных цифрами 1, 2, 3, 4, базовой области, в области объемного заряда коллек5, четыре из которых содержат участок с ОДП, а пятая торного перехода было сосредоточено значительно более включает, кроме ОДП, резкий всплеск тока (рис. 3).

сильное постоянное поле. Схема измерений и распредеОбласть 1 характеризуется пороговым полем 600 кВ/см.

ение поля в структуре для этого случая показано на Представляется маловероятным, что этот эффект обрис. 1, b. Видно, что поле в слое объемного заряда неусловлен брэгговским отражением электронов, т. е. наоднородно. Поскольку данный переход образован сильно чальным этапом процесса ВШЛ. Как было указано выше, легированной n+-областью с Nd-Na =(3-5)1018 см-3, для брэгговского отражения пороговое поле составляет а также p-областью с Na-Nd < 2 1017 см-3, переход около 150 кВ/см. В данной схеме опыта реализовать можно считать резким и асимметричным, а электричестоль малые поля не удается, так как даже при отсутское поле в нем Ч меняющимся с координатой линейно.

ствие внешнего поля контактный барьер p-n-перехода Максимальное поле на границе между p- иn+-областями составляет 2.7 В, что соответствует среднему полю в при этом составит области объемного заряда, превышающему 150 кВ/см.

Для дальнейшего уменьшения поля необходимо инверFm = 2V(eN/2V )1/2, (9) тировать внешнее напряжение на коллекторном перехогде Ч диэлектрическая проницаемость, а N = Na-Nd. де, но при этом трехэлектродная структура становится Среднее поле внутри каждой из областей будет равно неработоспособной.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 582 В.И. Санкин, И.А. Столичнов Для политипа 6H пороговое поле 600 кВ/см соответствует штарковской энергии 45 мэВ, что свидетельствует о возможности сильной локализации, приводящей к нарушению условия квазинепрерывности электронного спектра в первой минизоне. При этом проводимость может осуществляться путем перескоков электронов между квазидискретными уровнями с участием фононов.

Теоретическое рассмотрение этого механизма проводимости выполнено в работах [7,8]. Физические модели, положенные в основу расчета, в них были различными и, соответственно, различными оказались и предсказанные результаты. Общим для этих работ является вывод о том, что ВАХ должна иметь вид резонансов с пороговыми полями возникновения ОДП, определяемыми соотношением eFdn = const. (10) В работе [7] константой являлось значение энергии фонона, а в работе [8] Ч ширина первой минизоны E1.

Множитель n = 1, 2, 3,... соответствует числу слоев Рис. 4. Зависимость тока от поля для экспериментальных сверхрешетки, через которые прыгает электрон.

структур на основе политипа 4H (случай сверхсильного элекНа ВАХ политипа 6H особенности 1, 2 и 3 характрического поля). Комментарии к рисунку в тексте.

теризуются штарковскими энергиями 45, 80 и 103 мэВ соответственно, которые близки к энергиям поперечного (46 мэВ) и продольного (77 мэВ) акустических фононов, а также продольного оптического фонона (103Ц112 мэВ) минизоны [24], носившим качественный характер, а в минимуме зоны проводимости [23]. Таким образом, также идеологии приведенной выше при интерпретации ОДП, наблюдаемая в областях 1, 2, и 3, может быть результатов в однородном поле.

интерпретирована как электронные прыжки между со- Область 5 отличается от предыдущих четырех тем, седними уровнями штарковской лестницы с участием что участку ОДП предшествует резкое увеличение тока.

фононов. При этом пороговые поля возникновения ОДП Само по себе резкое нарастание тока в области сильных удовлетворяют (3) при n = 1, т. е. переходам между полей Ч обычный факт, который сопровождает прососедними узлами СР. Переходы между узлами с бойные явления. Особенность рассматриваемого случая n > 1 не наблюдаются, поскольку они реализуются состоит в том, что за ростом тока следует его падение. В при существенно более низких полях, которые в данном процессе наблюдений регистрировался как импульсный опыте, как уже отмечалось, технически недостижимы. ток, связанный с потоком электронов из эмиттера, так Кроме того, низкие поля могут привести к нарушению и постоянный, обусловленный локальным пробоем и условия сильной локализации (8), что сделает наблюде- неконтролируемыми утечками в области коллекторного ние эффекта невозможным. Также следует отметить, что перехода. При этом падение наблюдалось только на ВАХ переходы с n > 1 являются более тонкими эффектами импульсного тока. Кроме того, излучение сопровождаюи их наблюдение может быть затруднено из-за разного щее резкий рост импульсного тока, гасло при пороговом рода утечек в объеме и на поверхности, поскольку при поле возникновения ОДП.

исследованиях в сильных полях остро стоит проблема Наблюдаемые экспериментальные факты можно объкачества кристаллов. Таким образом, принципиальная яснить следующим образом. Участок резкого нарастания возможность наблюдения мультипликативной серии с электронного тока связан с резонансным туннелированиn > 1 представляется сомнительной. ем электронов из состояний дискретного спектра первой Штарковская энергия, соответствующая пороговому минизоны во вторую минизону, сохраняющую квазинеполю в области 4, составляет 125Ц130 мэВ, что прерывность. Последующее падение тока может быть заметно выше известных энергий фононов в точке связано с брэгговским отражением электронов во второй минимума зоны проводимости. Поэтому есть основания минизоне. Исходя из простейшего закона увеличения для интерпретации наблюдаемого эффекта в рамках первой минизоны с ростом ее номера можно считать, модели, рассмотренной в [8], в которой ширина первой что вторая минизона примерно в 4 раза шире первой минизоны должна быть кратна штарковской энергии. и при имеющихся полях квазинепрерывность в ней еще Согласно результатам [8], штарковская энергия при не нарушается. Поэтому в ней может реализоваться пороговом поле составляет 1/2E1. Отсюда легко механизм брэгговского отражения электронов. Известно, полчить значение E1 = 250-260 мэВ. Таким образом, что межминизонное резонансное туннелирование становпервые выполнена прямая оценка ширины E1, которая вится возможным при выполнении (5) [9]. Представляне противоречит другим оценкам ширины первой ется корректным характеризовать процесс резонансного Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Электронный транспорт в условиях ваньеЦштарковской локализации в политипах карбида кремния туннелирования не средним, а максимальным полем в При этом можно ожидать, что полученная картина области объемного заряда. Следовательно, штарковская ВШЛ не является полной и в будущем обогатится ноэнергия соответствующая межминизонному туннелиро- выми эффектами. Вероятно, более сложной и во многом ванию, составляет около 300 мэВ. При этом сумма непредсказуемой она окажется в ромбоэдрических полизначений E1 + E12 + E2 < 1.55 эВ, что находится в типах SiC. В то же время обнаружение ряда эффектов в хорошем соответствии со спектральным положением электронном транспорте представляется весьма проблемежминизонной полосы поглощения, обусловленной пе- матичным. В первую очередь это относится к переходам реходами между первой и второй минизонами [14]. между уровнями штарковской лестницы, связанным с Эти результаты позволяют ввести коррективы в схему перескоком электронов между удаленными слоями СР электронного разогрева, предложенную в [24]. Эта с участием фононов (мультипликативная серия с n > 1).

схема, использованная для интерпретации результатов В работе показано, что для таких переходов нарушается по ударной ионизации, основывалась на предположении, условие сильной локализации (8), причем это происхочто туннелирование между первой и второй минизонами дит даже при очень узкой первой минизоне, так как ее отсутствует, а переход во вторую минизону происходит уменьшение, как правило, сопровождается уменьшением благодаря увеличению энергии электронов вследствие длины свободного пробега.

поперечного разогрева при рассеянии на фононах. По- В заключение отметим, что до настоящего времени лученные данные позволяют заключить, что возможен сверхрешетки различных политипов карбида кремния туннельный переход электронов во вторую минизону, и остаются единственными объектами, позволяющими наон происходит при поле, на 20 % ниже поля лавинного блюдать эффекты ВШЛ в широком диапазоне электрипробоя. ческих полей. Полученные нами результаты позволяАналогичные измерения были выполнены для полити- ют рассчитывать на возможность создания на основе па 4H. Полученные в результате ВАХ представлены на обнаруженных эффектов СВЧ приборов, в том числе рис. 4. Были обнаружены только две особенности, содер- генераторов и усилителей.

жащие ОДП при пороговых полях (1.6-1.7) 106 В/см Авторы считают приятным долгом поблагодарить и (1.9-2) 106 В/см, что соответствует штарковским Е.Н. Мохова за помощь в выращивании сильно легироэнергиям 80-85 и 96-100 мэВ. Эти значения близванных n+-слоев карбида кремния.

Pages:     | 1 | 2 | 3 |    Книги по разным темам