Б.И. Якубович1

1 Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова (Ленинградская обл., г. Гатчина, Россия)

Постановка проблемы. Электрические флуктуации в полупроводниках во многом определяются захватом и эмиссией носителей заряда ловушками, образованными дефектами структуры. С таким механизмом связано происхождение нескольких типов электрических шумов, имеющих фундаментальное значение. В связи с большим значением электрических флуктуаций в полупроводниках, вызванных ловушками, целесообразно развить представления о таких флуктуациях и дать более полное их описание.

Цель. Дать строгое и достаточно общее описание электрических флуктуаций в полупроводниках, связанных с процессами на ловушках, вычислить в достаточно общем виде выражение для спектра электрических флуктуаций в полупроводниках, вызванных ловушками, и определить выражения для спектров флуктуаций в наиболее значимых случаях.

Результаты. Рассмотрены электрические флуктуации в полупроводниках, вызванные захватом и эмиссией носителей ловушками, в весьма общем случае. Вычислено выражение весьма общего вида для спектра флуктуаций в полупроводниках, связанных с ловушками. Показано, что в частных случаях оно переходит в известные раннее формулы. Определены выражения для спектров флуктуаций в представляющих интерес конкретных случаях. Проанализированы свойства спектров. В результате дано строгое и достаточно общее описание электрических флуктуаций в полупроводниках, вызванных ловушками. Вычислены выражения, которые применимы для описания электрических флуктуаций в многочисленных типах полупроводников и справедливы для различных ловушек, являющихся источниками флуктуаций.

Практическая значимость. Полученные результаты существенны для снижения уровня шума полупроводниковых приборов. Они могут быть применены для улучшения качества работы и повышения надежности электронных приборов.

Якубович Б.И. Электрические флуктуации в полупроводниках, вызванные ловушками // Электромагнитные волны и электронные системы. 2023. Т. 28. № 1. С. 47−53. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604128-202301-06

1. Kirton M.J., Uren M.J. Noise in solid-state microstructures: A new perspective on individual defects, interface states and low-frequency (1/f) noise // J. Adv. Phys. 1989. V. 38. № 4. P. 367−468.
2. Fleetwood D.M. 1/f noise and defects in microelectronic materials and devices // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2015. V. 62. № 4. P. 1462−1486.
3. Fleetwood D.M. Total-ionizing-dose effects, border traps, and 1/f noise in emerging MOS technologies // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2020. V. 67. № 7. P. 1216−1240.
4. Palenskis V., Maknys K. Nature of low-frequency noise in homogeneous semiconductors // Scientific Reports. 2015. V. 5. P. 1−7.
5. Якубович Б.И. Электрические флуктуации в неметаллах. СПб.: Энергоатомиздат. 1999. 208 с.
6. Якубович Б.И. Электрические флуктуации в твердых телах. Germany: AV Akademikerverlag. 2013. 212 с.
7. Якубович Б.И. Электрические флуктуации и неразрушающий контроль электронных приборов (обзор) // Электромагнитные волны и электронные системы. 2020. Т. 25. № 3. С. 65−80. DOI: 10.18127/j15604128-202003-07
8. Bonani F., Chione G. Noise in semiconductor devices, modeling and simulation. Berlin: Springer-Verlag. 2001. 212 p.
9. Lukyanchikova N.B., Jones B.K. Noise Research in Semiconductor Physics. London: CRC Press. 2020. 416 p.
10. Якубович Б.И. Электрический шум и дефекты структуры твердых тел. Germany: LAP Lambert Academic Publishing. 2012. 116 с.
11. Kleinpenning T.G.M. On 1/f noise and random telegraph noise in very small electronic devices // Physica B. 1990. V. 164. № 3. P. 331−334.
12. Vandamme L.K.J. Noise as a diagnostic tool for quality and reliability of electron devices // IEEE Trans. Electron Devices. 1994. V. 41. № 11. P. 2176−2187.
13. Якубович Б.И. Электрические флуктуационные явления в твердых телах. Riga: SIA OmniScriptum Publishing. 2018. 264 с.
14. Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 1. М.: Наука. 1976. 494 с.
15. Machlup S. Noise in semiconductors: spectrum of a two-parameter random signal // J. Appl. Phys. 1954. V. 25. № 3. P. 341−343.
16. Rice S.O. Mathematical analysis of random noise // Bell. Syst. Tech. J. 1944. V. 23. № 3. P. 282−232.
17. Shockley W., Read W. Statistics of the recombinations of holes and electrons // Phys. Rev. 1952. V. 87. № 5. P. 835−842.