Фотоэлектрические измерения внутреннего электрического поля на пленке силицида титана

Фотоэлектрические измерения внутреннего электрического поля на пленке силицида титана

Фотоэлектрические измерения внутреннего электрического поля на пленке силицида титана

Целью данной работы является неоднородных участков на пленке силицида титана, образованной на поверхности кремния, при диффузионном легировании.

Согласно теории Тауца [1] фотоэлектрическое напряжение в полупроводниках возникает при наличии локализованного потенциального барьера с выпрямляющими свойствами. При облучении кристалла светом фотоэлектрическое напряжение наблюдается тогда, когда имеется изменение проводимости вдоль кристалла. Этот вид фотоэффекта, является фотовольтаическим эффектом, который не связан с контактом. Этот эффект возникает вследствие внутреннего неоднородного распределения примесей по длине кристалла. Неоднородное распределение донорных и акцепторных примесей приводит к возникновению внутреннего электрического поля. Это поле обусловливает появление фотоэлектрического напряжения, в котором светом генерированные электроны и дырки разделяются. Здесь внутреннее электрическое поле вследствие кристаллической неоднородности выступает в роли внешнего источника напряжения. Его можно компенсировать подачей внешнего напряжения обратной полярности. Для исключения влияния темновой проводимости, эксперимент по изучению фотоэффекта проводится при переменном свете. Преимуществом этого фотоэлектрического метода является возможность определения неоднородных участков в приповерхностной области легированного кристалла.

Метод измерения основан на том, что если вблизи выпрямляющего контакта концентрация неосновных носителей изменяется за счет создания дополнительной концентрации неравновесных носителей, то приращение тока будет пропорциональным приращению концентрации неосновных носителей. Для определения тока неравновесных носителей применялся модулированное освещение.

При измерениях фотопроводимости использовался режим постоянного тока. Для определения неоднородности приповерхностной области диффузионно-легированного титаном кремния применялся метод светового зонда [2]. При наличии градиента концентрации носителей в Si<Тi> при освещением возникает объемная фотоэдс. Оно прямо пропорционально градиенту удельного сопротивления, поэтому изучая ее распределение по поверхности, можно судить об однородности исследуемого кристалла. В качестве источника света использовался лазер ЛГ-126, фокусированный микроскопом до 50 мкм, свет от которого модулировался с частотой 30-400 Гц. Измерение объемной фотоэдс проводились сканированием луча по поверхности кристалла. Сигнал регистрировался на экране осциллографа или на самописце.

Были использованы образцы кремния n- и p-типа проводимости с удельными сопротивлениями 10÷40 Ом·см. Измерения проводимость при комнатной температуре на образцах 0,20,62см³. Топография объемной фотоэдс исследовалась шагом сканирования 100 мкм вдоль и поперек кристалла.

Установлено, что значение фотоэдс меняется от точки к точке не монотонно, а скачкообразно и что изменение его достигает больших значений (до 4 порядков).

Исследования, проведенные при длине волн 1,15 и 3,39 мкм показали, что с увеличением длины волны площади спектров фотоэдс уменьшаются, что связано с глубиной проникновения изучения. Сигнал фотоэдс по мере удаления слоя до глубины ~15 мкм увеличивался, а далее уменьшался и исчезал после удаления свыше 30 мкм.

Приповерхностная область как показывают электронно-микроскопические, рентгеновские исследования состоит из силицидов титана Тi₂Si, ТiSi. Для объяснения полученных результатов предлагаем модель приповерхностной области легированного кристалла. В процессе диффузии на поверхности кремния происходит рост силицидов в виде прямых нанопроволок [3]. Силицидную область можно представить как область имеющая большое число диодов Шоттки [2], включенных навстречу, со слоем сильнолегированного титаном кремния между ними включенных последовательно. Такая модель определяется трубчатым характером включений силицида титана, расположенных на глубине 2-30 мкм от поверхности Si<Тi>. Это подтверждается и максимумом величины фотоэдс на глубине ~15 мкм, где по-видимому существует оптимальное соотношение между числом трубок силицида и их поверхностью, дающее максимальную суммарную поверхность границы кремний-силицид титана.

Литература

фотовольтаический кристалл пленка

1. Тауц Я. Фото- и термоэлектрические явления в полупроводниках. М.: Высшая школа, 1962. 253 с.

2.      Исаев М.Ш. Фотоэлектрические исследования приповерхностной области диффузионно-легированного Si<Cr> // Вестник ТашГТУ, 2002. №3.с. 15-20.

.        Chen Y. Oh lberg D.A., Williams R.S. Nanowires of four epitaxial hexagonal silicides grown on Si (001) // J. Appl. Phys. 2002. Vol. 91, №5 P.3213-3218.