Влияние эффекта Пельтье на границе ВСМ– Si(Mn), содержащей пористость, на процесс инжекции носителей заряда

Abstract

Исследование электрических и фотоэлектрических свойств кремния, легированного марганцем (Si), проводилось в течение длительного времени [1]. В дальнейшем изучались физикохимические процессы, происходящие в приповерхностном слое и в объемной части кремния при диффузионном легировании марганцем из паровой фазы. Было показано, что при диффузии Mn в Si на поверхности кремния происходит образование высшего силицида марганца (ВСМ) Mn4SI7. Исследуемые диоды Mn4Si7-Si-Mn4Si7 и Mn4SI7-Si-M изготавливали с помощью диффузионного легирования кремния марки КДБ–10 марганцем. Параметры исследуемой гетероструктуры при Т = 300 К: слой ВСМ (Mn4Si7) имеет толщину 7 – 10 мкм, проводимость σ ≈ 20 (Ом · см) –1 , р-типа с концентрацией носителей ~1019 – 1020 см–3 ; база структуры Si проводимостью i-типа с концентрацией носителей 1011 – 1012 см–3 ; площадь токовых контактов ВСМ и М – 2ˑ10–2 см–2 : длина базовых областей – от 0,3 до 1 см. Контакт (М) создавался путем нанесения сплавов NiGa или AlGa. Электрические и фотоэлектрические характеристики структур снимались непосредственно в жидком азоте, а также в специальном криостате. В качестве источника света использовался арсенид галлиевый светодиод, интенсивность излучения которого регулировалась заданием прямого тока диода. Переходная область структуры и ее элементный состав на границе раздела ВСМ – Si исследовалась методами электронной дифракции и электронной микроскопии. При измерении Фото-ВАХ установлено, что при значениях фототока Iф~4∙10-4 А происходило пузырьковое кипение жидкого азота, а при токах свыше Iф ≥10-3 А происходило пленочное кипение на приграничной области контакта, т.е. на границе раздела Mn4Si7 и Si. Методом фокусированного ионного пучка галлия Ga+ был приготовлен поперечный срез пленки ВСМ на подложке кремния. Методом сканирующей электронной микроскопии выявлено наличие пористого слоя вдоль границы раздела Mn4Si7 и Si. Расстояние между порами в среднем составляло t~1-1,5 мкм. Установлено, что контакты Si- Mn4SI7имеют не сплошной характер, «стягивание» линий тока к контактным точкам может приводить к появлению в подобной области повышенного сопротивления и, соответственно, локального выделения высокой электрической мощности и нагрев Пельтье. На основе исследований гетероструктур при низких температурах установлено, что освещение собственным светом при фототоке Iph ≥ 1 ma, и нагрев вследствие эффекта Пельтье, приводят к существенному перегреву границы раздела, обусловленному фототермоэлектрическим эффектом. Фототермоэлектрический эффект на границе раздела Мn4Si7 с Si (нагрев Пельтье) и поры на границе раздела силицида с кремнием приводят к разделению фотогенерированных носителей заряда (электронов и дырок), вследствие чего на порядки усиливается фоточувствительность гетероструктур.