Исследование влияния электрического поля на процессы переноса и флуктуации носителей заряда в полупроводниковых барьерных структурах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат наук Семенов Андрей Романович

• Семенов Андрей Романович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Семенов Андрей Романович

Введение

1 Влияние электрического поля на процессы переноса и флуктуации носителей заряда в полупроводниковых барьерных структурах

1.1 Характеристики и параметры низкочастотного шума в полупроводниковых барьерных структурах

1.1.1 Виды флуктуационных (шумовых) процессов

1.1.2 Основные особенности НЧ шума

1.1.3 Модели, описывающие механизмы генерации низкочастотного шума

1.2 Глубокие уровни, их свойства и методы исследования

1.2.1 Модели и приближения, используемые для описания локализованных энергетических состояний

1.2.2 Влияние глубоких центров на параметры и характеристики полупроводниковых барьерных структур

1.2.3 Методы исследования ГУ

1.2.4 Перспективы диагностики электронных приборов по параметрам НЧ шума

1.3 Оксид цинка, его свойства и применение

1.3.1 Кристаллическая структура 7пО

1.3.2 Основные электрофизические свойства 7пО

1.3.3 Применение в электронике и основные проблемы

1.4 Оксид магния, его свойства и применение

1.4.1 Кристаллическая структура MgO

1.4.2 Электрофизические свойства и применение MgO в электронике.53 Выводы

2 Образцы и методы исследования

2.1 Методика приготовления образцов

2.1.1 Барьерные структуры металл-полупроводник

2.1.2 Гетероструктуры на основе 7пО

2.2 Описание измерительного комплекса

2.3 Методика измерений

2.3.1 Вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики

2.3.2 Релаксационная спектроскопия глубоких уровней

2.3.3 Спектроскопия НЧ-шума

2.3.4 Электронная микроскопия

Выводы

3 Исследование влияния электрического поля на характеристики низкочастотного шума диодов Шоттки

3.1 Анализ и моделирование экспериментальных результатов, опубликованных в научно-технической литературе

3.2 Теоретические представления и развитие модели расчёта энергии ионизации ГУ на основе эффекта Пула-Френкеля

3.3 Результаты экспериментального исследования параметров ГУ и вольт-шумовых характеристик

3.3.1 Исследования спектров НЧ-шума при комнатной температуре

3.3.2 Исследования спектров НЧ-шума при различных температурах..86 Выводы

4 Исследование электрофизических свойств и процессов переноса носителей в гетероструктурах на основе 7пО

4.1 Исследование структуры образцов с помощью РЭМ

4.2 Расчет параметров гетероструктур на основе анализа вольт-амперных характеристик

4.2.1 Анализ ВАХ на выпрямляющих контактах

4.2.2 Анализ ВАХ на невыпрямляющих контактах

4.3 Исследование механизмов переноса заряда в тонких пленках 7пО под действием электрического поля

4.3.1 Ток, ограниченный пространственным зарядом

4.3.2 Эффект Ричардсона-Шоттки

4.3.3 Эффект Пула-Френкеля

4.4 Расчет и построение зонных диаграмм гетероструктур Аи/7пО/п^ и

МпО/п^

4.5 Исследование вольт-фарадных характеристик гетероструктур Аи/гпО/п^, 1п/7пО/п^ и Аи^О/7пО/п^

4.6 Анализ флуктуационных характеристик образцов

Выводы

Основные выводы

Библиографический список

Введение

Актуальность темы исследования. Одной из наиболее важных прикладных проблем физики полупроводников является совершенствование характеристик, повышение воспроизводимости и стабильности параметров полупроводниковых барьерных структур, являющихся основой активных элементов микро- и наноэлектроники. Это может быть достигнуто комплексом мер, включающем как углубленное изучении электрофизических процессов в традиционных и малоизученных материалах, так и совершенствование технологии изготовления устройств путём применения научно обоснованных конструктивно-технологических решений и достоверных методов контроля параметров материалов и приборов.

Точечные или линейные дефекты структуры монокристаллического материала, могут создавать глубокие энергетические уровни (ГУ), локализованные в запрещённой зоне полупроводника. В большинстве случаев возникающие глубокие центры (ГЦ), связанные с отклонениями структуры полупроводника от идеальной, прямо или косвенно приводят к деградации параметров и снижению процента выхода годных полупроводниковых приборов.

Спектроскопия низкочастотного шума является одним из наиболее чувствительных методов контроля и информативным источником сведений о физических процессах, протекающих в барьерных структурах с ГУ. Важным преимуществом спектроскопии является возможность проведения неразрушающего контроля качества приборов и прогнозирования их надежности. Изучение физических механизмов генерации шума и роли ГУ в них является важной и актуальной задачей.

Анализ состояния проблемы свидетельствует о том, что, физические процессы, протекающие в полупроводниковых приборах с ГУ, изучены недостаточно. В частности не ясны природа и особенности зависимости спектральной плотности мощности (СПМ) НЧ-шума от обратного

электрического смещения, при котором функционирует значительная часть полупроводниковых приборов.

Актуальным представляется изучение влияния параметров технологического процесса на структуру и электрофизические характеристики таких материалов, как оксиды цинка и магния, перспективных для создания оптоэлектронных приборов, газовых сенсоров, солнечных элементов и полупроводниковых датчиков терагерцового диапазона. Литературные данные о свойствах таких материалов, а также гетероструктур на их основе, разрозненны и противоречивы.

Основополагающими работами, оказавшими влияние на проведенные автором теоретические и экспериментальные исследования, являются труды С.М.Зи [1], П.Т.Орешкина [2], Г.П.Жигальского [3], В.Г.Литвинова [4], Т.А.Холоминой [5], С.А.Кострюкова [6], А.М. Гуляева, И.Н. Мирошниковой [7], В.В. Андреева [8], В.В. Трегулова [9], Л.С. Бермана и К. Ван Влиет.

Цель работы - изучение влияния электрического поля на процессы переноса и флуктуации носителей заряда в полупроводниковых барьерных структурах для развития представлений об особенностях физических явлений в полупроводниковых гетероструктурах на основе монокристаллического кремния и микрокристаллических оксидов цинка и магния.

Для достижения цели в работе решаются следующие основные задачи.

- Анализ состояния проблемы и тенденций развития физических моделей, описывающих особенности влияния электрического поля на спектры НЧ-шума.

- Анализ и развитие модели понижения потенциального барьера на границе металл-полупроводник в соответствии с эффектом Пула-Френкеля применительно к определению энергии ионизации ГУ на основе приближения экранированного кулоновского потенциала, оценка ее достоверности путем сравнения результатов моделирования с опубликованными в литературе и экспериментальными данными.

- Выявление функциональной зависимости СПМ НЧ-шума от обратного электрического смещения барьерной структуры Шоттки на основе кремния.

- Анализ и обоснование выбора объектов и методик экспериментальных исследований.

- Исследование НЧ-шума, а также процессов переноса заряда, характеристик гетероструктур Au/ZnO/n-Si, In/ZnO/n-Si, Au/MgO/ZnO/n-Si и барьерных структур на кремнии.

- Исследование влияния среды технологического отжига на структуру и процессы переноса, а также флуктуации носителей заряда в гетероструктурах на основе оксидов цинка и магния - перспективных материалов микро- и наноэлектроники.

Объекты и методы исследований. Для изучения влияния электрического поля на процессы переноса и флуктуации заряда в барьерных структурах металл-полупроводник применены тестовые структуры в виде кремниевых диодов Шоттки, изготовленных по промышленной технологии.

Гетероструктуры на основе микрокристаллических пленок оксида цинка и магния выполнены в национальном исследовательском университете «МИЭТ» на оригинальной установке для нанесения тонких пленок ZnO и MgO с низким содержанием примесей методом спрей-пиролиза на высоколегированные кремниевые подложки.

В экспериментах использована автоматизированная установка для исследования материалов и барьерных структур, включающая RLC-метр Agilent E4980A, а также комплекс анализа спектроскопии адмиттанса и НЧ-шумов. Исследования релаксационных процессов и параметров глубоких центров в барьерных структурах проведены методом спектроскопии низкочастотного шума. Концентрация мелкой примеси в образцах контролировалась при помощи ВФХ.

Структура и морфология исследуемых образцов исследована при помощи растрового электронного микроскопа JEOL JSM-6610LV в режиме

вторичной электронной визуализации (SEI) с ускоряющим напряжением 30 кВ.

Научная новизна работы

1. Разработана физическая модель понижения потенциального барьера на границе металл-полупроводник в соответствии с эффектом Пула-Френкеля применительно к определению энергии ионизации ГУ на основе приближения экранированного кулоновского потенциала. На основе результатов моделирования с учетом экспериментальных данных предложено математическое соотношение вида S~Bexp(Ur), хорошо отражающее зависимости СПМ НЧ-шума от обратного напряжения, приложенного к барьерной структуре, при r— 0,5.

2. Впервые проведено комплексное исследование электрофизических характеристик полупроводниковых гетероструктур Au/ZnO/n-Si, In/ZnO/n-Si и Au/MgO/ZnO/n-Si. Установлено влияние среды отжига плёнок оксида цинка, полученных методом спрей-пиролиза, на структуру, энергетические спектры электронных состояний, процессы переноса и флуктуации носителей заряда в образцах под действием электрического поля.

3. Проведён расчёт зонных диаграмм гетероструктур In/ZnO/n-Si и Au/ZnO/n-Si по параметрам, определенным из вольт-амперных характеристик. Для омического контакта высоколегированного кремния n-типа с пленкой ZnO на поверхности кремния выявлен положительный заряд с эффективной плотностью 3,6 мкКл/см . Установлено, что величины потенциальных барьеров со стороны металла находились в диапазоне 0,660,84 эВ, а положение уровня Ферми в оксиде цинка составило 0,61±0,02 эВ относительно дна зоны проводимости.

4. Выявлены механизмы переноса носителей заряда в гетероструктурах In/ZnO/n-Si, Au/ZnO/n-Si и Au/MgO/ZnO/n-Si под действием электрического поля: объемный механизм, обусловленный

эффектом Пула-Френкеля (преобладающий); ТОПЗ и надбарьерная эмиссия (эффект Ричардсона-Шоттки).

5. Впервые на основе экспериментальных данных проведено численное моделирование спектра поверхностных состояний на границе раздела 7пО/п^ с плёнками оксида цинка, полученными методом спрей-пиролиза. Получены значения эффективной плотности поверхностных

11

состояний, лежащие в интервале (5-10 - 510 ) эВ см

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Полученное аппроксимацией экспериментальных данных значение г ^0,5 в математическом соотношении, описывающем вид вольт-шумовых характеристик барьерных структур Шоттки на основе кремния S~B■exp(U), соответствует теоретическому значению показателя экспоненты функции, характеризующей эффект Пула-Френкеля. Развитие физической модели понижения потенциального барьера под действием электрического поля при генерации низкочастотного шума на основе приближения экранированного кулоновского потенциала позволяет повысить точность определения энергии ионизации ГУ до 4.7%.

2. При отжиге пленок оксида цинка в газовой среде замена аргона на кислород повышает качество технологического процесса: значительно от

12

3,510 до 6,110 эВ" см уменьшается эффективная плотность поверхностных состояний на границе раздела 7пО/п^ и примерно на порядок спектральная плотность мощности НЧ-шума, а среднее значение диаметра микрокристаллических волокон заметно (на 30%) увеличивается.

3. Зонные диаграммы гетероструктур 1п/7пО/п^ и Аи/7пО/п^, построенные на основе анализа результатов экспериментальных исследований и моделирования процессов переноса носителей заряда под действием электрического поля, характеризуются величинами потенциальных барьеров со стороны металла (0,66 - 0,84) эВ и положением уровня Ферми 0,61±0,02 эВ относительно дна зоны проводимости оксида цинка.

Практическая значимость результатов работы

1. На основе приближения экранированного кулоновского потенциала в модели Пула-Френкеля, примененной для глубоких уровней, уточнено соотношение для расчета их энергии ионизации по точке «перегиба» частотной зависимости СПМ НЧ-шума, что обеспечило существенное (до 4,7 %) повышение точности определения энергии ионизации глубоких уровней в полупроводниках.

2. Для гетероструктур Аи^пО/п^ и 1п^пО/п^ определено влияние газовой среды технологического отжига на морфологию плёнок 7пО, выращенных методом спрей-пиролиза, и электрофизические свойства образцов. Установлено, что замена аргона кислородом приводит к увеличению (на 30%) размеров микрокристаллических волокон на поверхности 7пО, а также приблизительно на порядок снижает СПМ НЧ-шума и эффективную плотность поверхностных состояний на границе 7пО/п-Si.

3. Установлено, что преобладающим механизмом переноса носителей заряда в гетероструктурах 1п^пО/п^, Аи^пО/п^ и Au/MgO/ZnO/n-Si является эффект Пула-Френкеля. Основную роль в переносе заряда играет слой диэлектрика.

4. Показана возможность применения метода низкочастотной шумовой спектроскопии для прецизионного исследования энергетического спектра электронных состояний в полупроводниковых барьерных структурах.

Материалы работы вошли в учебное пособие "Электронные процессы в твердом теле" и используются при подготовке бакалавров и магистров по направлениям подготовки 11.03.04 и 11.04.04 «Электроника и наноэлектроника».

Достоверность полученных результатов подтверждается непротиворечивостью теоретических и экспериментальных результатов основным положениям физики полупроводников; сопоставлением экспериментальных данных с предложенными автором моделями;

совпадением значений исследованных параметров, полученных на одних и тех же образцах, разными методами.

Личный вклад автора

Автор диссертации принимал участие в получении, обработке и интерпретации экспериментальных результатов, создании теоретических моделей, написании научных статей в составе авторского коллектива и подготовке их к публикации, представлял доклады по теме диссертации на конференциях. Положения и результаты, выносимые на защиту, сформулированы и получены автором.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование влияния электрического поля на процессы переноса и флуктуации носителей заряда в полупроводниковых барьерных структурах»

Апробация работы

Результаты работы обсуждались на XXVIII Международной научной конференции ММТТ-28; Международной научно-технической и научно-методической конференции СТНО, 2016-2019 гг.; Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых учёных и специалистов НИТ, 2016, 2019 гг., Рязань, РГРТУ им. В.Ф. Уткина; Международной конференции Аморфные и микрокристаллические полупроводники, Санкт-Петербург, 2018г.; Международной конференции ICNF, 2017, 2019гг.; Международной конференции MECO 2018; Международной конференции Radioelektronika, 2018г. а также на ежегодных научно-технических конференциях Рязанского государственного радиотехнического университета.

Публикации

Основные научные результаты диссертации опубликованы в 24 научных работах, включая 4 публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК, 7 публикаций в изданиях, индексируемых в базе данных Scopus и Web of science и 14 публикаций в материалах всероссийских и международных конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Объём диссертации - 161 страница машинописного текста, включая 10 таблиц, 71 рисунков и список литературы из 116 наименований.

1 Влияние электрического поля на процессы переноса и флуктуации носителей заряда в полупроводниковых барьерных структурах

Целью настоящей главы является анализ флуктуационных процессов в твёрдом теле, в том числе основных характеристик низкочастотного (НЧ) шума и существующих моделей его описания, а также особенностей изучаемых в настоящей работе материалов.

1.1 Характеристики и параметры низкочастотного шума в полупроводниковых барьерных структурах

Флуктуации или случайные процессы — это случайные отклонения физических величин, характеризующие систему, состоящую из большого числа частиц, от их средних значений. В электронике наибольшее внимание уделяется флуктуациям (или шуму) тока и напряжения. Причинами данных флуктуаций, как правило, служат квантово-механические эффекты или тепловое движение частиц.

1.1.1 Виды флуктуационных (шумовых) процессов

Существует несколько видов электрических шумов, имеющих разную физическую природу и способы описания. Основными параметрами, характеризующими, шум являются его физический источник, распределение амплитуды и частотный спектр [3].

Ключевой характеристикой флуктуационных процессов является спектральная плотность мощности (СПМ), описывающая распределение мощности шума по частотному спектру [13]. Стационарный случайный процесс электрических флуктуаций во времени может быть представлен неупорядоченной последовательностью импульсов напряжения или тока, следующих друг за другом через случайные интервалы времени. Процесс со случайной последовательностью импульсов является непериодическим.

Однако, можно говорить о спектре такого процесса, рассматривая его как распределение мощности по частотам.

Спектральная плотность мощности определяется соотношением [3]:

*(/>-850^. (1.1)

где ЛР(/> - усредненная по времени мощность шума в полосе частот А/ на частоте измерения /

Из (1.1) видно, что СПМ шума имеет размерность Вт/Гц. В общем случае СПМ является функцией частоты. Зависимость СПМ шума от частоты называют энергетическим спектром, который содержит информацию о динамических характеристиках системы.

Энергетический спектр S(/f) стационарного случайного процесса х^> связан преобразованием Фурье с автокорреляционной функцией К(т)согласно теореме Винера-Хинчина.

СО СО

(ю > - 2 | К (т> • е -'ют йт - 41 К (тот >йт (1 2)

-да О

где ю = 2л/ - угловая частота, 1 - мнимая единица.

Автокорреляционная функция представляет собой обратное преобразование Фурье от спектральной плотности мощности шума Ях (/).

К (т> - (®> • е '°Ж й ю . (1.3)

Автокорреляционная функция стационарного случайного процесса К(т) является четной функцией временного сдвига т, следовательно, выражение (1.3) можно преобразовать к виду, удобному для расчетов:

К (т> - 2— | (а > • ео8( от)йа - | Я х (/> • ео8( 2—/т>й/ (14)

Отсюда при т= О (и при х(^=0> получают выражение для дисперсии случайной величины х^>:

со

X2(?> - К (0) -{ Ях (/>/ , (15>

2 „2, аг -

которая представляет собой среднеквадратичное значение случайной величины х^), а для случая электрических сигналов - мощность шума, выделяемая на сопротивлении 1 Ом.

Автокорреляционная функция К(т) и энергетический спектр S(f) стационарного случайного процесса, как пара преобразования Фурье, обладают всеми присущими этому преобразованию свойствами. В частности, чем шире эффективная ширина спектра, тем быстрее изменяется значение флуктуирующей переменной, и тем быстрее процесс забывает свое начальное состояние, т.е. с увеличением ширины полосы частот энергетического спектра время корреляции тк уменьшается.

Таким образом, чем меньше ширина функции корреляции случайного процесса на оси временного сдвига т, тем шире его спектр. Для всех процессов с одинаковой формой энергетического спектра и, следовательно, с корреляционной функцией одного вида произведение Лf тк является некоторой константой [3].

К основным видам шумов относят: тепловой, дробовой, генерационно-рекомбинационный, взрывной, фликкер-шум.

Тепловой шум

Тепловой шум вызван хаотичным тепловым движением носителей заряда. Это приводит к тому, что в выбранный момент времени в одном направлении может двигаться больше электронов, чем в другом. Таким образом, мгновенные значения напряжения между двумя любыми точками будут иметь флуктуации даже при отсутствии внешней ЭДС. Величина указанных флуктуаций зависит от сопротивления и температуры проводника. СПМ теплового шума постоянна в широком диапазоне частот, вплоть до оптических, поэтому тепловой шум называют "белым шумом".

Во время своего движения электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решетки, дефектами и друг с другом. Считается, что скорость электронов в промежутках между «столкновениями» в слабом

электрическом поле постоянна. Взаимодействие приводит к изменению скорости и направления движения — рассеянию. К слабым относят электрические поля, приложение которых приводит к увеличению скорости электрона на длине свободного пробега много меньшему, чем значение тепловой скорости.

Рассчитанные значения тепловой скорости электрона и длины его

5 8

свободного пробега составляют порядка 10 м/с и 10 м соответственно. Таким образом, тепловой шум создаётся множеством независимых

13

разнонаправленных импульсов тока длительностью порядка 10 с, что соответствует времени свободного пробега. Отсюда можно заключить, что среднее число электронов, проходящих через поперечное сечение проводника за счёт теплового шума, равно нулю. Поскольку в электронике в большинстве случаев электрический ток вызван малым приращением скорости электрона на длине свободного пробега под действием слабого электрического поля, тепловой шум не зависит напрямую от величины силы тока.

Продолжительность импульса Ах связана с шириной его спектра А/ соотношением [3]

А/Ах = X, (1.6)

где X - константа, определяющаяся формой импульса и близкая к единице

для многих видов сигналов. При времени свободного пробега

1 ^

(продолжительности импульса) порядка 10 с СПМ теплового шума находится в широкой полосе частот. Следовательно, тепловой шум может считаться белым с высокой степенью приближения.

Тепловой шум также называют джонсоновским шумом или шумом Найквиста. Тепловые флуктуации были открыты Джоном Джонсоном и объяснены Гарри Найквистом в 1928 г. Формула Найквиста для линейного двухполюсника имеет вид

и 2 = 4 кТ ■ Ке ^ (/ ))Л/ , (1.7)

где - импеданс двухполюсника, зависящий от частоты.

Для нелинейной ВАХ исследуемого полупроводникового прибора при вычислении уровня теплового шума применяют формулу Гупта, которая для нелинейного резистивного двухполюсника имеет вид [14]

Г Г . и 1 л2Т1 \\

. (1.8)

и Т -

4 Ш Д/

а и 1 ^ и

^1 + 2 а 12 ,,

V и у у

Для оценки уровня теплового шума нелинейного пассивного двухполюсника со слабой нелинейностью на практике также используют упрощенную формулу

иТ - 4^Д/ • ^ = 4^Д/ • ReZ(U>, (1.9)

где Re /(и> - активное дифференциальное сопротивление двухполюсника в рабочей точке.

Важность теплового шума заключается в том, что он определяет предельную чувствительность детекторов электрического сигнала и усилителей.

Дробовой шум

Дробовой шум является одним из основных видов шума в электронных лампах и полупроводниковых приборах. Он обусловлен дискретностью электрического заряда, преодолевающего потенциальный барьер.

Преодоление носителем потенциального барьера создаёт импульс тока, соответственно суперпозиция таких импульсов создаёт флуктуирующий электрический ток — дробовой шум. Одним из наиболее ярких примеров дробового шума являются флуктуации тока при термоэлектронной эмиссии с катода в электронной лампе. Сюда также относят флуктуации тока, протекающего через любой р-п-переход. В отличие от теплового шума дробовой не зависит от температуры.

СПМ дробового шума выражается формулой Шоттки [14]

^ (/ ) = 2 е1. (1.10)

Соответственно средний квадрат флуктуационного тока равен

'др = 8др (/ )Л/ = 2 е1Л/ . (1.11) Следует также отметить, что формула (1.11) действует для частот / << М2т0 и при отсутствии ОПЗ, в противном случае СПМ дробового шума будет меньше, чем в (1.10). Дробовой шум при наличии ОПЗ определяется выражением

12др =Sдр (/У/ = 2е1ог2Л/ , (1.12)

где 10 - среднее значение тока, Г2 — коэффициент подавления дробового

2

шума пространственным зарядом, Г < 1.

Таким образом, тепловой и дробовой виды шума относятся к фундаментальным типам флуктуаций, которые принципиально не могут быть устранены. Их энергетический спектр является равномерным до очень высоких частот. Другие виды шумов вызваны нарушениями кристаллической решетки в объёме и на поверхности материала и называются избыточными шумами.

Генерационно-рекомбинационный шум

Генерационно-рекомбинационный шум вызван случайным характером процессов генерации и рекомбинации носителей заряда на ГУ (ловушках) в запрещённой зоне полупроводника, которыми являются атомы примеси и дефекты кристаллической решётки. В случае захвата носителя заряда ловушкой или его испускания изменяется концентрация свободных носителей заряда, и, следовательно, возникают флуктуации проводимости.

Для полупроводника с флуктуирующим числом носителей N и протекающим через него током 10 СПМ этого вида шума определяется выражением [14]

С / ^ 410 2 Т

<л - (1-13)

где Я0 - равновесное число носителей в полупроводнике; Л^ = N - Я0, Д N -

усредненная величина квадрата ЛN. Можно считать, что Д N - в N 0 где Р -константа, зависящая от статистики, применяемой для описания носителей в образце. Для многих практических случаев Р = 1.

На рисунке 1.1 показан энергетический спектр ГР шума. Спектр вида (1.13) называют спектром Лоренца - Дебая или "лоренцианом".

отн. ед.

103

102 10

1 10 102 103 /о 104 105 / Гц

Рисунок 1.1 - Энергетический спектр ГР шума (спектр Лоренца - Дебая) [3]

Взрывной шум

Взрывной шум или шум в виде случайного телеграфного сигнала (СТС) имеет вид импульсов тока одинаковой высоты со случайно распределёнными моментами времени появления импульсов и с переменной длительностью для положительной и отрицательной полярности.

Считается, что возникновение взрывного шума в обратно включённом р-п-переходе обусловлено нерегулярным включением-выключением канала поверхностной проводимости. При прямом смещении р-п-перехода причиной СТС шума считают дефекты полупроводника в области перехода.

Указанный вид шума характерен в основном для субмикронных полупроводниковых приборов, где количество носителей заряда невелико. В таких структурах действие одиночных центров генерации и рекомбинации оказывает заметное влияние на полезный сигнал [3].

19

Фликкер-шум

Фликкер-шум (от англ. flicker — мерцание), также называемый 1/f шумом, представляет собой флуктуации тока и напряжения в полупроводнике, спектральная плотность которых меняется по закону 1/fY, где у — коэффициент, в большинстве случаев близкий к 1. Поскольку интенсивность фликкер-шума убывает по закону 1/f с увеличением частоты, то его нередко называют низкочастотным (НЧ) шумом. Фликкер

СПМ фликкер-шума как функция частоты f и тока I может быть аппроксимирована выражением [3]

5 (f, I) = K1 Iaf - У , (1.14)

где постоянный коэффициент К1, показатель степени a и показатель формы спектра у определяются свойствами исследуемой полупроводниковой структуры. Показатель степени a при токах, не приводящих к локальным перегревам, обычно близок к двум a«2 , а показатель у часто близок к единице (у « 1). В большинстве случаев, наблюдаются значения 0,8<у<1,4. Как видно из (1.13), СПМ избыточного шума зависит от частоты по закону ~/у, откуда и происходит название "шум вида 1/f1 " или "1//-шум" (при у « 1).

С ростом частоты СПМ 1//-шума убывает по гиперболическому закону. На рисунке 1.2 зависимость (1.14), построенная в логарифмических координатах, представляет собой прямую линию, тангенс угла наклона которой при одинаковом масштабе по осям дает значение показателя у = Alg 5/Alg f.

Шум вида 1/f присущ множеству природных явлений и присутствует практически у всех материалов и элементов электроники. Спектральная зависимость вида (1.14) наблюдалась у некоторых приборов в широком диапазоне частот, перекрывающем двенадцать и более декад (10-6 - 106 Гц) [14].

Флуктуации сопротивления однородного резистивного или полупроводникового образца в общем случае могут быть описаны формулой

20

R = R 0 + A R (t)

(1.15)

где R0 - средняя величина сопротивления; ЛR(t> - флуктуации сопротивления,

являющиеся случайной функцией времени, при этом Д R (г > = 0.

S, отн. ед.

10L

10

,-1

10

г2

10

гЗ

_|_lili_I_lili_I_lili_I_lili

101

10^

10j

104 f, Гц

Рисунок 1.2 - Энергетический спектр шума вида 1// [3]

Наибольшие флуктуации свойственны гранулированным материалам, таким как угольные резисторы. При прохождении постоянного тока I через полупроводниковый образец возникают флуктуации напряжения на концах образца Д и (I > = 1Д R (I >. Тогда средний квадрат напряжения шума в полосе частот Л/ на произвольной частоте / равен

(1.16)

A U 2 = 12AR 2

откуда следует квадратичная зависимость среднеквадратичного напряжения шума от тока. Зависимость СПМ шума имеет вид

2

Sn (f) = lim = 12 SR (f)

UW A f ^ 0 Af R

(1.17)

2^-1.

где 5к (/) - обобщенная СП флуктуаций сопротивления, Ом -Гц

SD (f) = lim — R A f ^ 0 Af

2

(1.18)

Отсюда следует, что вид энергетического спектра SU(f> определяется энергетическим спектром флуктуаций сопротивления SR(f>, который может иметь фликкерный характер.

Отклонение от квадратичной зависимости СПМ 1//-шума (1.17) от тока может быть обусловлено нелинейностью ВАХ полупроводникового образца. В этом случае величина флуктуаций AR(t) в выражении (1.15) и СП SR(f) в выражении (1.18) будет зависеть от тока.

Физическая природа возникновения 1//-шума в твердых телах в настоящее время до конца не выяснена. Для объяснения и описания 1/-шума разработан ряд моделей, имеющих свои особенности и области применения.

1.1.2 Основные особенности НЧ шума

Среди различных видов избыточного шума в полупроводниках при низких частотах, как отмечено выше, наибольший вклад вносит фликкер-шум или шум вида 11 Вследствие слабой изученности этого вида флуктуаций преимущественно рассматривается случай стационарного процесса. Согласно эмпирическому уравнению, полученному Хоуге в 1969 г, спектральная плотность мощности шума напряжения Sv равна [15]:

V 2+в

у^/а, (1.19)

где Уе)С — среднее значение напряжения, а, в и у — постоянные коэффициенты (в ~ 0), N — концентрация носителей заряда в образце, 1 -частота. Обратная зависимость от N была постулирована Хоуге для унификации шумовых процессов в металлах и полупроводниках со значением у ~ 210 .

Следует отметить, что приведённое уравнение не учитывало зависимости спектральной плотности мощности от температуры и параметров образца. Последующие исследования в данной области имели целью показать согласование той или иной модели фликкер-шума со значением у = 2-10", однако влияние окисления поверхности полупроводника на спектр шума и величина шума в таких материалах, как висмут, приводили к несоответствию с (1.13). Измерения Хоуге и его коллег проводились при комнатной температуре на металлических контактах. В

подобном случае достоверность значений N было тяжело оценить, а универсальность значений шума говорила скорее об универсальности шума контактов, нежели объёма самого образца. Кроме того, вид температурной зависимости у(Т) отличался для каждого конкретного материала.

Наиболее общим свойством избыточного низкочастотного шума является то, что он всегда выступает как спутник протекающих стационарно необратимых процессов [16]. Его вклад исчезает из спектров функций электрического тока или потенциала, когда исчезают необратимые потоки, в которых происходит перенос заряда, и система переходит в равновесное с точки зрения термодинамики состояние. Генерация НЧ шума является в своей основе неравновесным процессом, связанным с переносом заряда. Многие авторы отмечают следующий экспериментальный факт: избыточный шум наблюдается только при протекании через исследуемый объект электрического тока (его иногда называют «токовым» шумом). Это указывает на необходимость описания НЧ шума как результата движения носителей заряда, создающих этот ток.

Анализ опубликованных в научно-технической литературе экспериментальных результатов показал, что спектры НЧ шума полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов, фоторезисторов, датчиков ионизирующего излучения) имеют сходный характер, подобны и их вольт-шумовые характеристики (ВШХ) [17]. Это свидетельствует об общности механизмов формирования низкочастотных флуктуаций. На рисунке 1.3 приведён пример спектров НЧ шума полупроводниковых барьерных структур при изменении напряжения электрического смещения [18], а на рисунке 1.4 - ВШХ [6,19].

1.1.3 Модели, описывающие механизмы генерации низкочастотного шума

Спектроскопия низкочастотного или избыточного шума является высокочувствительным методом изучения особенностей флуктуационных

1G1* 3 10"21

of

10"35

10° 10 10J Frequency (Hz)

Рисунок 1.3 - Спектральная плотность мощности НЧ- шума тока стока (SI) транзистора типа металл-нановолокно-металл при различных значениях напряжения на затворе (VG) [18]

явлений в полупроводниковых барьерных структурах и определения параметров ГЦ. Обоснованное применение метода НЧ - шумовой спектроскопии сдерживается отсутствием единого мнения исследователей о механизмах формирования низкочастотного шума в полупроводниковых барьерных структурах с глубокими уровнями [5,20].

Важными и актуальными остаются вопросы, продолжающие быть дискуссионными на протяжении не одного десятилетия: является ли низкочастотный шум результатом флуктуаций концентрации свободных носителей заряда или их подвижности; высоты потенциального барьера или толщины обедненной области; эффектом объемным или поверхностным и т.д. Возможными причинами шума могут быть флуктуации температуры, диффузионная перестройка кристаллической решетки, химические реакции в твердой фазе, рождение и аннигиляция микродефектов в кристаллической решетке и др.

Согласно приближению, часто называемому моделью Мак-Уортера, причина НЧ-шума или шума вида 1/f Y (где у изменяется в пределах от 0,8 до 2) заключается в флуктуациях числа свободных носителей заряда [21]. Отличительной особенностью приближения Мак-Уортера являются флуктуации концентрации носителей заряда на объемных ловушках как следствие генерационно-рекомбинационных процессов. Если процесс

9 МО

SxlO9, А2/Гщ мо'

i -i<f

10

10

40

•10

•10

•10

-10

Г

'13

Г14

_..... - 3<, # \/о а \ _ i^i

■-tf " ¿IP*

2 -

0 3 6 9 12 15 IS 21 24 27 30

ЦВ

a)

120

§ 100

a 80

<§ 60

(D

I

I 40

20

j

20

40 60 80 100 120 Current (nA)

б)

Рисунок 1.4 - Зависимости СПМ НЧ-шума барьерных структур на кремнии от напряжения смещения: а) для образцов 1 и 2 приведена аппроксимация экспоненциальной зависимостью - штриховые линии 3 [6]; б) зависимость интенсивности НЧ-шума от величины тока при вариации напряжения на детекторе U, кВ: 0,55 (кривая 1); 0,76 (кривая 2); 0,94 (кривая 3); 1,2 (кривая 4). На вставке — зависимость интенсивности НЧ- шума от напряжения

при токе 80 нА [19]

релаксации характеризуется одним ловушечным уровнем с постоянной времени т, то зависимость спектральной плотности мощности (СПМ) шума от частоты определяется спектром Лоренца-Дебая [5].

В свою очередь приближение, называемое моделью Хоуге [22], объясняет возникновение НЧ-шума флуктуациями подвижности свободных носителей заряда вследствие особенностей их рассеяния. Такие центры

рассеяния, как неоднородности, резкие структурные переходы, контакты по [16] выступают скорее в роли «детекторов» или «усилителей» объемного шума нежели являются источниками дополнительных флуктуаций.

Авторами отмечается значительное снижение НЧ шума в сильно легированных полупроводниках. Для объяснения этого эффекта высказано предположение, что происходят флуктуации только той части подвижности, которая обусловлена рассеянием на фононах. В то же время составляющая подвижности, связанная с рассеянием на примесях, не испытывает флуктуаций [3].

Авторами [23] предложена модель, объясняющая зависимость интенсивности НЧ шума от концентрации носителей заряда в предположении, что источником шума являются флуктуации подвижности. Для неомической области работы МОП-транзистора в [24] установлено, что НЧ шум имеет два типа коррелированных флуктуаций: 1) флуктуации подвижности носителей; 2) флуктуации числа носителей заряда, обусловленные флуктуациями эффективного напряжения на затворе.

В работе [25] показано, что пространственные некоррелированные флуктуации подвижности, независимо от их физического механизма, не могут существовать без локальных флуктуаций общей плотности носителей заряда. В [16] установлено, что модели флуктуаций числа носителей и флуктуаций подвижности в определенной мере «перекрываются» друг с другом, так как, например, захват носителей на ловушки должен приводить к флуктуациям их эффективной подвижности.

К описанным моделям примыкает две другие концепции описания механизма генерации НЧ шума в полупроводниковых барьерных структурах: являются ли низкочастотные шумы следствием флуктуаций высоты потенциального барьера или толщины области пространственного заряда (ОПЗ). Вполне вероятно, что флуктуации концентрации свободных носителей заряда и их подвижности происходят вследствие флуктуаций заселенности глубоких (локализованных в запрещенной зоне

полупроводника) центров, пространственно расположенных в ОПЗ барьерных структур.

Модель Халлгрена [25], описывающая механизм генерации НЧ шума в ОПЗ полевого транзистора на GaAs, объединяет флуктуации толщины ОПЗ с флуктуациями сопротивления канала. Важным аспектом модели [25] является зависимость спектров НЧ- шума от напряжения на затворе Шоттки, которое изменяет толщину обедненной области барьерной структуры.

В работе [26] Цу предложена модель генерации НЧ-шума в кремниевых диодах с барьером Шоттки. Согласно этой модели флуктуации зарядового состояния глубоких центров, распределенных по энергии в запрещенной зоне и объему полупроводника, являются преобладающим механизмом в модуляции высоты барьера металл-полупроводник.

Анализ опубликованных в научно-технической литературе теоретических приближений и экспериментальных результатов свидетельствуют о том, что рассмотренные выше механизмы генерации избыточного шума (флуктуации числа и подвижности носителей заряда, высоты и толщины потенциального барьера) в полупроводниковых барьерных структурах во многих случаях могут действовать одновременно. В большинстве опубликованных работ авторы придерживаются мнения, что НЧ-шум связан с флуктуациями зарядового состояния глубоких центров, обусловленных наличием дефектов структуры полупроводникового материала. Такой шум называют также генерационно-рекомбинационным [5,20].

Выделим критерии, свойственные существующим моделям генерации избыточного шума:

- удовлетворительное соответствие экспериментальных результатов расчетным при описании спектров НЧ-шума суперпозицией множества составляющих функции Лоренца, характеризующихся широким набором времен релаксации процессов;

- преобладающее влияние на спектры НЧ-шума флуктуаций зарядового состояния глубоких центров, созданных дефектами структуры, пространственно расположенных на внешней границе (поверхности) или в объеме ОПЗ барьерной структуры;

- термоактивационный характер низкочастотных флуктуаций, обусловленных генерацией носителей заряда с ГУ и последующей рекомбинацией;

- флуктуации подвижности и (или) концентрации носителей заряда, сопровождающие неравновесный процесс их направленного движения под действием электрического поля ОПЗ;

- зависимость СПМ НЧ-шума от обратного напряжения электрического смещения, создающего в полупроводниковых структурах слои, обедненные носителями заряда, в которых ГУ могут становиться «активными».

Последняя из приведенных выше закономерностей проявления НЧ-шума в полупроводниковых барьерных структурах отмечается многими авторами, однако адекватной физической модели, объединяющей указанные особенности генерации избыточного шума и характер ВШХ барьерных структур, пока не создано.

П.Т.Орешкиным с соавторами разработана и апробирована активационно-дрейфовая модель (АДМ), позволяющая описывать релаксационные процессы в полупроводниковых барьерных структурах [27].

Активационно-дрейфовая модель генерации НЧ-шума в полупроводниковых барьерных слоях основана на рассмотрении двух совместных статистических событий эмиссии с ГУ и дрейфа в поле ОПЗ носителей заряда (рисунок 1.5). Генерация НЧ-шума в обратно смещенных барьерных структурах обусловлена, согласно АДМ, тепловыми флуктуациями уровня Ферми, которые приводят к эмиссии электронов (флуктуациям их концентрации) в активной части ОПЗ, например с донорных глубоких уровней в зону проводимости и их дрейфу к

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Семенов Андрей Романович, 2020 год

Библиографический список

1. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов: в 2-х кн. Кн. 1: пер. с англ. М.: Мир. 1984. 456 с.

2. Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. М.: Высшая школа. 1977. 448 с.

3. Жигальский Г.П. Флуктуации и шумы в электронных твердотельных приборах. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2012. 512 с.

4. Жигальский Г.П., Кострюков С.А., Литвинов В.Г., Родин М.С., Холомина Т.А. Исследование параметров глубоких центров в детекторах заряженных частиц и рентгеновского излучения на основе Al/i-GaAs // РЭ. 2007. Т. 52. № 10. С. 1260-1265.

5. Жигальский Г.П., Холомина Т.А. Избыточные шумы и глубокие уровни в детекторах ядерных частиц и ионизирующего излучения на основе GaAs // Радиотехника и электроника. 2015. Т. 60. № 6. С. 553-581.

6. Кострюков С.А. Влияние электрического поля на процессы формирования низкочастотного шума в барьерах Шоттки: дис. к-та физ.-мат. наук: 01.04.10 / Кострюков Сергей Анатольевич. Рязань, 2007. 133 с.

7. Шумовые методы контроля высоковольтных силовых диодов / Геленко А.Д., Гуляев А.М., Кукоев И.Ю., Мирошникова И.Н.и др. // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах. Материалы докладов науч.-метод. семинара. М.: МНТО РЭС им. А.С.Попова, МЭИ, 1996. С. 185-190.

8. Андреев В.В. Инжекционная деградация и модификация структур металл-диэлектрик-полупроводник при сильнополевых и радиационных воздействиях: дис. д.т.н.: 01.04.07 / Андреев Владимир Викторович. Москва, 2002. 342 с.

9. Степанов В.А., Трегулов В.В. Влияние поверхностных состояний на высоту потенциального барьера для электронов в гетероструктурах CdS/Si(p) изготовленных методом гидрохимического осаждения // Научно-технический вестник Поволжья 2011. №2. С. 22-25.

10. Litvinov V.G., Ermachikhin A.V., Kusakin D.S., Vishnyakov N.V., Maslov A.D. Measurement complex to investigate electrophysical and noise characteristics of semiconductor micro- and nanostructures Vilnius: IEEE, 2017. С. 1-4.

11. Ермачихин А.В., Кострюков С.А., Литвинов В.Г. Усовершенствование входного усилителя измерительно-аналитического комплекса спектроскопии низкочастотного шума // Труды VI Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Диагностика наноматериалов и наноструктур». Т. III. Рязань, 2013. С. 51-54.

12. Litvinov V.G., Kholomina T.A., Ermachikhin A.V., Kostryukov S.A., Loginov D.S., Semenov A.R. Development of automated complex to study the spectra of low-frequency noise in the elements and structures of electronic equipment // Radiotekhnika. 2017. (5). C. 179-185.

13. Букингем М. Шумы в электронных приборах и схемах. /Пер. с англ. Мир, 1986. 398 с.

14. Гупта М.С. Тепловой шум в нелинейных резистивных приборах и его эквивалентное схемное представление // ТИИЭР. 1982. Т. 70. Вып 8. С. 525.

15. Dutta P., Horn P.M. Low-frequency fluctuations in solids: 1/f noise // Reviews of Modern Physics. 1981. Vol. 53. No. 3.

16. Бочков Г.Н., Кузовлев Ю.Е. Новое в исследованиях 1/f шума // УФН. -1983. Т. 141. Вып. 1. С. 151-176.

17. Семенов А.Р., Холомина Т.А. Прогнозирование надежности полупроводниковых приборов по параметрам вольт-шумовых характеристик. СТН0-2016 - Труды международной научно-технической и научно-методической конференции. Том 2. 2016. С. 212-218.

18. Lu M.-P., Lu M.-Y., Wang Y.-J. Low-frequency electrical fluctuations in metal-nanowire-metal phototransistors // Nanotechnology. 2014. № 28 (25). P. 285202.

19. Вербицкая Е.М., Еремин В.К., Иванов А.М. и др. Характеристики детекторов ядерного излучения на основе полуизолирующего арсенида галлия // Физика и техника полупроводников. 2004. Т. 38. Вып. 4. С. 490497.

20. Ильичев Э.А., Кострюков С.А, Жигальский Г.П., Холомина Т.А., Литвинов В.Г. Избыточные шумы в GaAs детекторах ионизирующих излучений, геттерированных иттербием // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 10. С. 74-78.

21. McWhorter A.L. Semiconductor Surface Physics /Ed. R.H.Kingston. Philadelphia: University of Pennsylvania Press. 1956. P. 207.

22. Bell D.A. A survey of 1/f noise in electrical conductors // J. Phys. C. Solid State Phys. 1980. Vol. 13. P. 4425-4437.

23. Jevtic M.M. Impurity concentration dependence of 1/f noise parameter a in silicon // Solid-State Electron. 1988. Vol. 31. No. 6. P. 1049-1052.

24. Vandamme L.K.J., De Werd H.M.M. 1/f noise model for MOST's biased in nonohmic region // Solid-State Electron. 1980. Vol. 23. 4. Pp. 325-329.

25. Hallgren R.B. Low-bias-noise spectroscopy of field-effect transistor channels: depletion-region trap models and spectra // Solid-State Electron. 1990. Vol. 33. No 8. P. 1071-1080.

26. Hsu S.T. Low-frequency excess noise in metal-silicon Schottky barrier diodes // IEEE Trans. Electron. Devices. 1970. Vol. ED-17. No 7. Р. 496-506.

27. Oreshkin P.T. Barrier layers as resonators on deep centers //Phys. stat. sol. (a). 1991. Vol. 123. No. 2. Р. 483-491.

28. Орешкин П.Т. Механизм перезарядки глубоких центров при релаксационной спектроскопии // Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. 1990. Вып. 5 (139). С. 3-8.

29. Орешкин П.Т. Барьерные слои как резонаторы на глубоких центрах // Известия вузов СССР. Физика. 1990. № 11. С. 21-25.

30. Холомина Т.А. Физический механизм нестационарной спектроскопии глубоких уровней и генерации низкочастотного шума в барьерных слоях // Изв. вузов. Электроника. 1998. №2. С. 22-26.

31. Холомина Т.А., Семенов А.Р. Особенности процессов релаксации заряда в полупроводниках и барьерных структурах // Вестник РГРТУ. - 2014. №4 (выпуск 50). Часть 2. С 114-118.

32. Холомина Т.А. Влияние центров с глубокими уровнями на процессы генерации НЧ-шума в барьерах Шоттки // Изв. вузов. Материалы электронной техники. 1998. № 2. С. 57-59.

33. Ланно М., Бургуэн Ж. Точечные дефекты в полупроводниках /Пер. с англ. М.: Мир, 1984. 264 с.

34. Бассани Ф.Ф. Парравичини П.Д. Электронные состояния и оптические переходы в твердых телах /Пер. с англ. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1982. 392 с.

35. Пекар С.И. О влиянии деформации решеток электронами на оптические и электрические свойства кристаллов //УФН. 1953. Т. 50. Вып. 2. С. 197252.

36. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела /Пер. с англ. М.: Наука, 1978. 791 с.

37. Маделунг О. Физика твердого тела. Локализованные состояния /Пер. с нем. и англ. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1985. 184 с.

38. Исследование локализованных состояний в алмазоподобных полупроводниках методом функций Грина: точечные дефекты и комплексы из двух точечных дефектов в кремнии /А.Ш. Махмудов, З.М. Хакимов, А.А. Левин и др. //ФТТ. 1984. Т. 26. Вып. 7. С. 2159-2164.

39. Холомина Т.А. Влияние дефектов структуры на физические процессы в полупроводниках и диэлектриках //Учебное пособие. Рязань: РГРТА, 1997. 48 с.

40. Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии /Пер. с англ. М.: Мир, 1984. 472 с.

41. Busta H.H., Waggener H.A. Precipitation-induced currents and generation-recombination currents in intentionally contaminated silicon p+-n-junctions //J. Electrochem. Soc. 1977. Vol. 124. № 9. Р.р. 1424-1430.

42. Милнс А. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках /Пер. с англ. М.: Мир, 1977. 562 с.

43. Лейкин В.Н., Зеленов В.И., Мингазин Т.А. Дислокации и их влияние на электрофизические параметры полупроводниковых приборов. Обзоры по электронной технике. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. Вып. 11 (578). М.: ЦНИИ «Электроника», 1978. 64 с.

44. Зотов В.В., Коледов Л.А., Пекарев А.И. и др. Влияние дислокаций на коэффициент шума биполярных планарных транзисторов в низкочастотной области спектра // Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. 1974. Вып. 3 (51). С. 17-22.

45. Кукоев И.Ю. Гуляев А.М. Количественные характеристики вейвлет анализа шумов полупроводниковых приборов //Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология): материалы докл. науч.-технич. семинара. М.:МНТОРЭС им. А.С.Попова. 1999. С. 15-18.

46. Кукоев И.Ю. Вейвлет-анализ шумовых процессов в полупроводниковых структурах. Автореф. дисс. на соискание учёной степени канд. техн. наук. М. 2005. 20 с.

47. Kleipenning T. Low-frequency noise in Schottky barrier diodes //Solid-State Electron. 1979. Vol. 22. №2. P.121-128.

48. Низкочастотные шумы арсенидогаллиевых диодов с барьером Шоттки с неоднородным контактом металл-полупроводник /О.Ю. Малаховский, В.Г.Божков, А.Г.Бычков и др. //Радиотехника и электроника. 1992. Вып. 1. С. 142-149.

49. Кордюков С.И. Низкочастотные шумы в диодах Шоттки: Дис. на соискание канд. техн. наук: 01.04.10- Рязань 1987. 156 с.

50. Loginov D.S., Krutchenko O.N., Litvinov V.G., Kholomina T.A., Ermachikhin A.V., Rybin N.B., Semenov A.R. Study of low frequency noise parameters of metal contacts Neuchatel // IEEE ICNF 2019. Pp. 208-211.

51. Ellmer K., Klein A. ZnO and Its Applications, in: Transparent Conductive Zinc Oxide. Basics and Applications in Thin Film Solar Cells / K. Ellmer, A. Klein, B. Rech// Springer Series in Materials Science. Vol 104. 2008. 443 p.

52. A comprehensive review of ZnO materials and devices / U. Ozgur [et al.]// Journal of Applied Physics. 2005. Vol. 98. №4. Pp. 11-14.

53. Вакалов Д.С. Исследование люминесцентных свойств широкозонных

3+

дисперсных материалов на основе соединений ZnO и SrTiO3:Pr , Al: дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.07 / Вакалов Дмитрий Сергеевич. Севастополь, 2014. 143 с.

54. Ellmer K. Transparent Conductive Zinc Oxide and Its Derivatives, in: Handbook of transparent conductors, edited by D.S. Ginley, H. Hosono, D.C. Paine, New York: Springer, 2010, Pp. 193-263.

55. Ashrafi A., Jagadish C. Review of zincblende ZnO: Stability of metastable ZnO phases. //J. Appl. Phys. 2007. Vol. 102. P. 071101 (12 pages)

56. Белоусов С.А. Многокомпонентные металооксиды на основе ZnO и SnO2 для использования в тонкопленочных прозрачных транзисторах: дис. канд. техн. наук: 05.27.01 / Белоусов Сергей Александрович. Воронеж, 2017. 134 с.

57. Recent progress in processing and properties of ZnO/ S. J. Pearton [et al.]// Progress in Materials Science. 2005. Vol.50. №3. Pp. 293-340.

58. Wilson R.G., Pearton S.J., Abernathy C.R., Zavada J.M. Outdiffusion of deuterium from GaN, AlN, and InN // Journal of Vacuum Science & Technology A. 1995. № 3 (13). Pp. 719-723.

59. Pearton S.J., Zolper J.C., Shul R.J., Ren F. GaN: Processing, defects, and devices // Journal of Applied Physics. 1999. № 1 (86). P. 1-78.

60. Widegap II-VI Compounds for Opto-electronic Applications edited by H.E. Ruda, Boston, MA: Springer US, 1992. - 281 p.

61. Minegishi K., Koiwai Y., Kikuchi Y., Yano K., Kasuga M., Shimizu A. Growth of p-type Zinc Oxide Films by Chemical Vapor Deposition // Japanese Journal of Applied Physics. 1997. № Part 2, No. 11A (36). P. L1453-L1455.

62. Guo X.-L., Tabata H., Kawai T. Pulsed laser reactive deposition of p-type ZnO film enhanced by an electron cyclotron resonance source // Journal of Crystal Growth. 2001. № 1 (223). Pp. 135-139.

63. Look D.C., Reynolds D.C., Litton C.W., Jones R.L., Eason D.B., Cantwell G. Characterization of homoepitaxial p-type ZnO grown by molecular beam epitaxy // Applied Physics Letters. 2002. № 10 (81). Pp. 1830-1832.

64. Heo Y.W., Park S.J., Ip K., Pearton S.J., Norton D.P. Transport properties of phosphorus-doped ZnO thin films // Applied Physics Letters. 2003. № 6 (83). Pp. 1128-1130.

65. Aoki T., Hatanaka Y., Look D.C. ZnO diode fabricated by excimer-laser doping // Applied Physics Letters. 2000. № 22 (76). Pp. 3257-3258.

66. Posadas A., Walker F. J., Ahn C. H., Goodrich T. L., Cai Z., Ziemer K. S. Epitaxial MgO as an alternative gate dielectric for SiC transistor applications // Applied Physics Letters. 2008. № 23 (92). P. 233511.

67. Shand M.A. The Chemistry and Technology of Magnesia / M.A. Shand, Wiley, 2006. - 266 p.

68. Grinblat G., Bern F., Barzola-Quiquia J., Tirado M., Comedi D., Esquinazi P. Luminescence and electrical properties of single ZnO/MgO core/shell nanowires // Applied Physics Letters. 2014. № 10 (104). P. 103113.

69. Ермачихин А.В., Рыбин Н.Б., Литвинов В.Г., Рыбина Н.Б. Программа для автоматизированного комплекса спектроскопии НЧ шумов / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014617224. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 15 июля 2014 г.

70. Ермачихин А.В. Исследование полупроводниковых наноструктур на основе систем InGaAs/GaAs, InAs/InGaAs/GaAs и микроструктур на основе соединения Ge2Sb2Te5 методом спектроскопии низкочастотного шума: дис. канд. техн. наук: 01.04.10 / Ермачихин Александр Валерьевич. Рязань, 2014. 182 с.

71. Darling A.S. Iridium Platinum Alloys // Plat. Metals Rev. 1960. V. 4 (l). P.18-26.

72. Terman L.M. An Investigation of Surface States at a Silicon/Silicon Dioxide Interface Employing Metal-Oxide-Silicon Diodes // Solid-state Electron., 5, 1962, 285 р.

73. Литвинов В.Г., Семенов А.Р., Холомина Т.А., Ермачихин А.В., Рыбин Н.Б., Громов Д.Г. Исследование спектра поверхностных состояний на границе раздела гетероструктуры ZnO/Si // Вестник РГРТУ. 2018. № 4 (выпуск 66).Часть 2. - С.9-14.

74. Kratena L., Zdansky K., Sikula J. et al. Noise and deep level transient spectroscopy of deep level (DX) in GaAs-GaAlAs heterostructures // In Abstract of 10th Int. Conf. on Noise in Phys. Systems (Including 1/f Noise, Biological Systems and Membranes). Budapest. 1989. P. 121- 122.

75. Lang D.V. Deep -level transient spectroscopy: A new method to characterize traps in semiconductors // J. Appl. Phys. 1974. Vol. 33. № 8. Р. 3023 - 3032.

76. Mooney P. M., Theis T. N. and Wright S. L. Effect of local alloy disorder on emission kinetics of deep donors (DX centers) in AlxGa1-x As of low Al content // Applied Phys. Lett. 1988. Vol. 53. P. 2546 -2551.

77. Дорджин Г.С., Лактюшкин В.Н., Сорокина М.В. Релаксационная спектроскопия глубоких уровней: Обзоры по электронной технике. Сер. 7. Технология, организация производства и оборудование. М.: ЦНИИ «Электроника», 1989. Вып. 4 (1434). 72 с.

78. Денисов А.А., Лактюшкин В.Н., Садофьев Ю.Г. Релаксационная спектроскопия глубоких уровней: Обзоры по электронной технике. Сер.

7. Технология, организация производства и оборудование. М.: ЦНИИ «Электроника», 1985. Вып. 15 (1141). 52 с.

79. Roberts L, Hughes G. An investigation of metal/GaAs (100) interfaces by deep level transient spectroscopy //Applied Surface Science. 1991. Vol. 50. P. 424427.

80. Rumyantsev S., Levinshtein M. E., Gaska R. et. al. Low-frequency noise in AlGaN/GaN heterojunction field effect transistors on SiC and sapphire substrates // J. Appl. Phys. 2000. Vol. 87. No 4. Р. 1849-1854.

81. Labat N., Saysset D., Ouro Bodi et al. Investigations on the origin of AlGaAs-GaAs hemts Lf channal noise// Proc Noise in physical systems and 1/f fluctuations. St. Louis, Missouri (USA), 1993. Рр. 264- 267.

82. Van Rheenen A. D., Bosman G., Zijlstra R. J. J. Low frequency noise measurements as a tool to analyze deep-level impurities in semiconductor devices //Solid-State Electron. 1987. Vol. 30. № 3. P. 259-265.

83. Scholz F., Hwang J.M., Schroder D.K. Low frequency noise and DLTS as semiconductor device characterization tools //Solid-State Electron. 1988. Vol. 31. № 2. P. 205-218.

84. Seghier D., Arinbjarnason T.M., Gislason H.P. Deep-defect related generation-recombination noise in GaAs// In Proc. 13th International Conference on Semiconducting and Insulating Materials, SIMC-XIII-2004 (20-25 Sept. 2004). P. 234-237.

85. Семенов А.Р. Низкочастотные шумовые характеристики диода Шоттки с глубокими энергетическими уровнями. СТН0-2019 — Труды международной научно-технической и научно-методической конференции. Том 2 .2019. С 91-96.

86. Кострюков С.А., Ермачихин А.В., Литвинов В.Г., Холомина Т.А., Рыбин Н.Б. Измерительный комплекс спектроскопии низкочастотных шумов полупроводниковых диодных структур // Измерительная техника. 2013. № 9. С. 61-64.

87. Goldstein J.I. [et al.] Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis / J.I. Goldstein, D.E. Newbury, P. Echlin, D.C. Joy, C.E. Lyman [et al.]., Boston, MA: Springer US, 2003. 689 p.

88. Watt I.M. The principles and practice of electron microscopy / I.M. Watt, Cambridge: Cambridge University Press, 1997. 484 p.

89. Студопедия [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://konspekta.net/stydopedyaru/baza2/8344766904687.files/image013.jpg. - Упрощённая схема, иллюстрирующая работу РЭМ. (Дата обращения 16.08.2019).

90. Мирошникова И.Н., Недоруба Д.А. Вольтовая зависимость основных параметров фотодиодов из антимонида индия с "прозрачной" N-областью. //Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология): материалы докл. науч.-технич. семинара. М.:МНТОРЭС им. А.С.Попова. 2001. С. 79-89.

91. Мирошникова И.Н. Глубокоохлаждаемые фотоприёмники на основе антимонида индия. Автореф. дисс. на соискание уч. степени докт. техн. наук. М. 2005. 39 с.

92. Huh J., Kim D.-C., Munshi A. M., Dheeraj D. L., Jang D., Kim G.-T., Fimland B.-O., Weman H. "Low frequency noise in single GaAsSb nanowires with self-induced compositional gradients," Nanotechnology, vol. 27, no. 38, p. 385703, Sep. 2016.

93. Холомина Т.А, Кострюков С.А., Лактюшкин А.С. Исследование полупроводниковых барьерных структур методом спектроскопии низкочастотного шума Вестник РГРТУ. Рязань, 2012. № 1 (выпуск 39). Часть 1. С. 74-78.

94. Physics and Material Science of Semiconductors with Deep Levels, Ed. by V. I. Fistul' (Metallurgiya, Moscow, 1987)

95. Khlil R., El Hdiy A., Jin Y. Deep levels and low-frequency noise in AlGaAs/GaAs heterostructures // J. Appl. Phys., vol. 98, no. 9, p. 093709, Nov. 2005.

96. Kholomina T.A., Litvinov V.G., Semenov A.R., Ermachikhin A.V., Maslov A.D. Investigation and simulation of voltage-noise characteristics of semiconductor barrier structures // 2017 IEEE 24th International Conference on Noise and Fluctuations. 2017. P. 1-4.

97. Litvinov V.G., Kholomina T.A., Semenov A.R., Ermachikhin A.V., Maslov A.D. Low noise characteristics of Schottky diode with deep energy level // 2019 IEEE 25th International Conference on Noise and Fluctuations. 2019. P. 330-333.

98. Semenov A.R., Litvinov V.G., Kholomina T.A., Ermachikhin A.V., Rybina N.V., Gromov, D. G., Oleinik, S.P. Investigating and modeling high frequency C-V characteristics of zinc oxide-based heterostructures Budva: IEEE, MECO 2018. P. 1-4.

99. Физика наносистем: методические указания к лабораторным работам/ Рязан. гос. радиотехн. ун-т; сост.: В. Г. Литвинов, А.В. Ермачихин. Рязань, 2017. 32 с.

100. Gromov D.G., Koz'min A.M., Shulyat'ev A.S., Polomoshnov S.A., Bogolyubova D.N., and Shamanaev S.V. Effect of the formation conditions on the properties of ZnO:Ga thin films deposited by magnetron-assisted sputtering onto a cold substrate // Semiconductors. 2013. № 13 (47). P. 16871691.

101. Громов Д.Г. Влияние условий формирования на свойства тонких пленок ZnO:Ga, осажденных методом магнетронного распыления на холодную подложку/Д.Г. Громов [и др.]// Известия вузов. Электроника. 2012. №6 (98). С. 10-16.

102. Маллер Р.Элементы интегральных схем: пер. с англ./ Р. Маллер, Т. Кейминс. - М.: Мир, 1989. 630 с.

103. Тутов Е.А. Механизмы токопереноса в структуре Al/ZnO/Si / Е.А. Тутов, Ф.А. Тума, В.И. Кукуев // Конденсированные среды и межфазные границы. 2006. № 4 (8). С. 334-340.

104. Майселл Л., Глэнг Р. Технология тонких пленок. Справочник.Том 2. / Перевод с англ. под ред Елинсона. М.: "Сов. Радио", 1977. 768 с.

105. Игумнов В.Н. Физические основы микроэлектроники: учебное пособие. /

B.Н. Игумнов, Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2010. 296 с.

106. Голованова М.В. Исследование электрофизических свойств и моделирование зонных диаграмм гетероструктур на основе ZnO/ М.В. Голованова [и др.]// Труды Х всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Диагностика наноматериалов и наноструктур»: сборник Рязань: РГРТУ, 2018. Т. 2. с. 69-77.

107. Павлов Л.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов: учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1987. 239 с.

108. Чопра К. Тонкопленочные солнечные элементы: Пер. с англ./ К. Чопра,

C. Дас М.:Мир, 1986. 435 с.

109. Паршина Л.С. Фотолюминесценция тонких пленок оксида цинка, легированных азотом и фосфором/ Л.С. Паршина [и др.]// Труды 2 Всероссийской научной школы для молодежи «Концентрированные потоки энергии в индустрии наносистем, материалов и живых систем». 2009. С. 274-277.

110. Громов Д.Г. Технология формирования пленок ZnO:Ga для создания преобразователей акустического давления/ Д.Г. Громов [и др.]// Известия вузов. Электроника. 2012. №2 (94). С. 92-94.

111. Фоменко В.С. Эмиссионные свойства материалов / В.С. Фоменко. Киев: Наукова думка, 1981. 339 с.

112. Zhao S. Fabrication and characteristics analysis of a ZnO thin film transistor/ S. Zhao [et al.]// Information Science and Electronic Engineering: Rroceedings of the 3rd International Conference of Electronic Engineering and Information Science (ICEEIS 2016). Harbin, 2016. Pp.65-68.

113. Техническая информация [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://dpva.ru/Guide/GuidePhysics/ElectricityAndMagnethism/ElectronExitE nergy/ElectronExitEnergySimple/-Таблицы значений работы выхода электронов из простых веществ. Формулы. (Дата обращения: 13.01.2019).

114. Грузинцев А.Н. Полевой транзистор на основе наностержней ZnO с изменяемым пороговым напряжением отсечки/ А.Н. Грузинцев [и др.]// Физика и техника полупроводников. 2013. Т.47. №4. с.516-520.

115. Барыбин А.А. Физико- технологические основы макро-, микро- и наноэлектроники/А.А. Барыбин, В.И. Томилин, В.И. Шаповалов. М.:Физматлит. 2001. 784 с.

116. Шарма Б.Л., Пурохит Р.К. Полупроводниковые гетеропереходы: Пер. с англ./ Под ред. Ю.В. Гуляева. М.: Сов. Радио, 1979. 232 с.