Н.В. Вишняков – к.т.н., доцент,  кафедра «Микро- и наноэлектроника», Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина E-mail: rcpm-rgrtu@yandex.ru; rcpm@rsreu.ru

Постановка проблемы. Контакт «металл – полупроводник» присутствует в любом электронном приборе и во многом определяет его технические характеристики и надежность.

Цель. Оценить влияние локализованных электронных состояний в a-Si:H на понижение эффективной высоты потенциального барьера Ме/a-Si:H при приложении внешнего обратного напряжения за счет эффекта Шоттки и туннельного эффекта и сравнить действие этих эффектов на понижение высоты барьера Me/c-Si.

Результаты. Рассмотрены вопросы понижения эффективной высоты потенциального барьера на контакте «металл – аморфный гидрогенизированный кремний», который может выполнять функции запирающего барьера или омического контакта в элементах тонкопленочной электроники на неупорядоченных полупроводниках. Показано влияние донороподобных состояний, расположенных по энергии вблизи уровня Ферми в запрещенной зоне аморфного полупроводника, на действие сил изображения (эффект Шоттки) и увеличение туннельной прозрачности барьера (туннельный эффект), приводящие к понижению эффективной высоты барьера. При увеличении плотности электрически активных локализованных состояний в аморфном гидрогенизированном кремнии доминирующим механизмом понижения высоты барьера является туннелирование носителей заряда. Понижение высоты барьера за счет действия сил изображения тоже имеет место, но оно «маскируется» туннельным эффектом. Проведен сравнительный расчет для случая контакта металла с сильно легированным кристаллическим кремнием, который показал ощутимые различия в результатах действия этих эффектов в случае контакта металла с кристаллическим и аморфным гидрогенизированным кремнием. В случае барьера «металл – кристаллический кремний» эффект Шоттки оказывает более ощутимое влияние на понижение эффективной высоты барьера, чем туннельный эффект. Необходимо отметить, что в расчетах не учитывалось влияние поверхностных состояний кремния на границе раздела с металлом.

Практическая значимость. Идеи, изложенные в работе, позволили предложить новые способы формирования туннельных квазиомических контактов в тонкопленочных структурах на основе нелегированного или слаболегированного a-Si:H. Актуальность данной работы обусловлена необходимостью детального понимания природы контакта «металл – аморфный полупроводник» для повышения эффективности устройств тонкопленочной электроники на основе неупорядоченных полупроводниковых материалов.

1. Аморфные полупроводники и приборы на их основе / Под ред. Й.М. Хамакавы. Металлургия. 1986. 376 с.
2. Авачев А.П., Вишняков Н.В., Мишустин В.Г., Уточкин И.Г. Тонкопленочные полевые транзисторы на неупорядоченных полупроводниках. Проблемы расчета и применения // Вестник Рязанской государственной радиотехнической академии. 2004. № 14. С. 83−87.
3. Родерик Э.Х. Контакты металл – полупроводник: Пер. с англ. / Под ред. Г.В. Степанова. М.: Радио и связь. 1982. 208 с.
4. Меден А., Шо М. Физика и применение аморфных полупроводников: Пер. с англ. М.: Мир. 1991. 670 с.
5. Вихров С.П., Вишняков Н.В., Маслов А.А. Особенности формирования барьера в структурах металл – неупорядоченный полупроводник // Известия ВУЗов. Сер. Электроника. 2000. № 3. С. 48−54.
6. Авачев А.П., Вишняков Н.В., Вихров С.П., Мишустин В.Г., Уточкин И.Г., Попов А.А. Формирование потенциальных барьеров в нелегированных неупорядоченных полупроводниках // Физика и техника полупроводников. 2005. Т. 39. № 10. С. 1189−1194.
7. Бодягин Н.В, Вихров С.П., Вишняков Н.В., Мишустин В.Г. Физические процессы в барьерных структурах на основе неупорядоченных и наноструктурированных полупроводников // Радиотехника. 2012. № 3. С. 81−89.
8. Вишняков Н.В., Мишустин В.Г., Уточкин И.Г. Расчет профиля потенциального барьера на границе металл - неупорядоченный полупроводник // Вестник Рязанской государственной радиотехнической академии. 2002. № 10. С. 74−78.
9. Мартинсон Л.К., Смирнов Е.В. Квантовая физика: Учеб. пособие. Изд. 4-е. М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. 527 с.
10. Вишняков Н.В. Экспериментальное определение высоты потенциального барьера в структурах металл - гидрогенизированный аморфный кремний // Вестник Рязанской государственной радиотехнической академии. 2003. № 12. С. 86−90.
11. Аношкин К.О., Вихров С.П., Вишняков Н.В., Мишустин В.Г. Токоперенос через барьер на контакте металл - некристаллический полупроводник: особенности расчета прямых и обратных ВАХ // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2007. № 22. С. 86−88.
12. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х книгах. Кн.1: Пер. с англ. Изд. 2-е, доп. и перераб. М: Мир. 1984. 456 с.
13. Алпатов А.В., Верин И.А., Вихров С.П, Вишняков Н.В., Кострюков С.А., Мишустин В.Г. Исследование контактных явлений в фотоэлектрических датчиках на основе наноструктурированных неупорядоченных полупроводников // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2009. № 30. С. 58−62.
14. Ильченко В.В., Стриха В.И. Влияние сил изображения на вольт–амперную характеристику контакта металл – a-Si:H // Известия ВУЗов. Сер. Физика. 1985. № 2. С. 88−92.
15. Стриха В.И., Ильченко В.В. Учет туннелирования через область пространственного заряда в контакте металл-аморфный кремний // Известия ВУЗов. Сер. Физика. 1986. № 11. С. 3−7.
16. Mariucci L., Colurra C., Frova A. Effects of tunneling on a-Si:H Shottky Barriers // J. Appl. Phys. 1987. V. 62. № 8. P. 3285−3287. DOI: 10.1063/1.339335.
17. Aflatoonni K., Hornsey R., Nathan A. Reverse Current Instabilities in amorphous Silicon Schottky Diodes: Modeling and Experiments // IEEE Transaction on electron devices. July 1999. V. 46. № 7. P. 1417−1422. DOI: 10.1109/16.772485.
18. Пат. РФ на изобретение № 2229755 от 27.05.2004 г.. Способ создания омических контактов в тонкопленочных устройствах на аморфных гидрогенизированных полупроводниках / Вихров С.П., Вишняков Н.В., Маслов А.А., Мишустин В.Г., Попов А.А  (Заявка № 2002117585 от 01.07.2002 г.).
19. Пат. РФ на изобретение № 2392688 от 20.06.2010 г. Способ создания омических контактов в тонкопленочных устройствах на аморфных нелегированных полупроводниках / Авачев А.П., Вихров С.П., Вишняков Н.В., Митрофанов К.В., Мишустин В.Г., Попов А.А.  (Заявка № 2009118861 от 20.05.2009 г.).