автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Физико—технические основы создания полупроводниковых приборов и элементов оптоэлектроники на основе кубического карбида кремния

НАЦЮНАЛЬНИЙ ТЕХН1ЧНИИ УН1ВЕРСИТЕТ УКРАГНИ «КШВСЬКИИ П0Л1ТЕХН1ЧНИЙ 1НСТИТУТ»

Р Г Б О Д п',авах рукописУ

| У ОЕВ 1й9§ЛТАЙСЬКИЙ Юр;й Михайлович

УДК 621.315.592

«Ф13ИКО-ТЕХН1ЧН1 ОСНОВИ СТВОРЕННЯ НАП1ВПРОВЩНИКОВИХ ПРИЛАД1В ТА ЕЛЕМЕНТ1В ОПТОЕЛЕКТРОН1КИ НА ОСНОВ1 КУБ1ЧНОГО КАРБ1ДУ КРЕМН1Ю»

Спешальшсть 05.27.01.— Твердотчльна електронжа (включаюч! функцюнальну)

АВТОРЕФЕРАТ дисертацп на здобуття наукового ступени доктора техшчних наук

КиТв 1995

Дисертащя е рукопис

Робота виконана в науково-дослщницькШ проблемой лабораторП нашвпровщним'в Нащ'онального техшчного университету Украши.

Офщшш опоненти —зав. кафедрою натвпровЦниюв

Леншградського електро-техшчного шститута

доктор техтчних наук, професор Та?ров ЮрШ Михайлович

доктор ф13ико-математичних наук професор Поплавко Юрш Михайлович

доктор ф1зико:математичних наук, лауреат Державних премш СРСР та УРСР

професор Шаховцов Валерш 1ванович

Провщна оргашзащя — УкраТнський нащональний

педагопчний ушверситет ¡м. М. П. Драгоманова.

Захист в^дЗудеться 19 лютого о 14.30 год на зааданш спещал130ва-ноТ ради 0.01.02.17 Национального техшчного ушверситету Украши ауд. 412 кор. № 12.

Вщгуки на автореферат у двох прим!рниках, як! зав1°реш печаткою установи, просимо подавати за адресою 252056, м. КиТв — 056, проспект Перемоги, 37, Вченому секретарю.

3 дисертащею можна ознайомитись в 61блютец1 Нащонального техшчного ушверситету Украши.

Автореферат розклано « » ачня 1996 р.

Учений секретар спещалЬовано! ради професор

(ПИСАРЕНКО Л. Д.)

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальтсть теми; Розвиток иауки 1 техшки в галуз! оптоелектронши потребуе безперервного оновлеиня н/п матер1аЛ1ъ з заданими вллсппистями, зокрема, з зисокою часовою та температурною сгаб1льшстю, спйкнх до да агресивннх середовищ, високих р1вшв проникоючо! рад1Ш|и, внсскими роботами температурами та мьпчиою сшшстю.

Таким матер1алам виявився карб1д кремшю. Наявтсть великого числа В1дмшных полггашв видияе його як досить незвичайний матер1ал поспйиого хшгшого складу. але з рхзними олек гричними власпшосгями, механгошми 4 люмшесценпшки, т.ч. являс собою моделышй матер] ал для вивчешш виливу крцстал1чно1 структури на характеристики решвшш. Велика ширина заборонено!' зоШ1, максимально висока р1зноманпшсть домшюк с.приятлив1 для вивчешш резнях тишв лгомшесценци, спектралытй диапазон яко! заиовшое практично усю видиму область.

Кубгший карб1д кремнио заслутовуе на особливу увагу, це найбиьш високосмметргша моднфжацш з най51льш простою эошюю структурою, з найменшою температурою вирощування та вмгцуюча миимальну кмыисть залишкоинх домшюк.

Таким чином ЗС-БЮ можна вважати модельним матер1алом, як для доСидження карбиду кремшю в ох полиитв, так 1 алмязопод1бних нашвиров1дш1шв з! сфалеритною структурою.

М£Гй.ро£кшк

1. Проведенш циклу фундаментальних досиджень ЗС-БЮ (електричи1, оптичт, ЕПР, ефекти переносу, фотолюмшюценцм) з

. метою визначешш найб!льш перспектишшх явпщ для практичного виксристаши, зокрема, для сгворешот нових тишв напширохидникових прилад1в та елеметтв ото е лс ктр о шки.

2. Розробка нових екснерименталышх методик досыджень характеристик дюдних структур на 6а:л 5]С. (Досмджешш отичлого поглшшшя в широких диапазонах коефвдешгв поглшшшя та температур, вивчешш стацюнарних та 1мнульсних характеристик фотоефекту в д1апазош св1тлових потокш 108 -10"3 фот/см2 -с температур 77 — 1000. К, досиджешш структурно! та домшжово! однор'дносп крисжшв методом лазерного та контактного зондування).

3. Розробка лабораторно! та малосерийно! технолога виготовле!шя Р13ного типу дюдних структур методом мшровплавлення, дифузи, ештакси, юшюю ¡мплантащею та МДН - технологи для використання ¿X як випрямлячи, термо- та фото- неретворювачи та свилодюди, системи воображения шформацн,

4. Вивчешш структур» р-п переход1в та природи протжаючих процесса» в дюдних структурах на основ! 51С виходячи з еломричиих, електролюмшесце1гпшх та фотоелектричннх дооиджень.

5. Розробка нових титав натвпров!дникових прилад1в та елемешчв оптоелектрошки на баз! карб!ду кремгпга та впропадженя 1х г, техниц. Зокрема таких як: терморезисгорн, фотодатчики, координатно и поляризацшно чутлигн, сопя'гш фотоелементи, Шжекцшш фотоприймачн високо! фоточутливосп, у- датчики, сштлодюди високо1 нскрапосп та чистота кольору, опорш, Ьптацшш, тмпульсш 31 зг-шповагогм кольором свтшш, 6агатокол1рт та в нсокоте? шер.иур гг1.

Поставлет задач! досягались широким колом

експеримепталышх 1 технолопчних методгв та сгворенням теоретичшгх моделей, найб1лыи важливими серед яких е:

1. Дослзджешш ефектш переносу та пров]дносп в. широкому штервал1 температур (77-1000 К).

2. Досмджешш оптичного, фундаментального та домшткового поглинашш в Г-Ь обласп в 1нтервал1 температур (10-1300 К).

3. Радюспекгроскотчне дооидження методом ЕГ1Р та циклотронного резонансу в диапазон! температур (6-54 К).

4. Досл1джешш характеристик центрш рекомбшаци методом сгацюнарпо! та неста1ДЮнарно'1 фотопров^дносп.

5. Досмдження розподЦу тогав та випромшювання в крисгалах ЗС-БЮ методами фото та електролюм)яесцешдп, а також фотоефекгу.

6. Досмджешш сгруктурп спектр 1в крайового випромшювання ФЛ в ЗС-Б1С на баз! викорисгшшя широкого д1алазону температур та рт1шз збудження з застосуванням сучасних моделей мехашзм1в крайового випромЬповання.

7. Анализ таких характеристик двох та тръохшарових дюдних структур з точки зору дифузшного наближення подвито! ¡нжекци.

8. Досл1джешш оснопних характеристик в вентильному та шжекцишому режим! фотоефекту з використашим в^працьовано! модели протжання фотоструму на баз! наблпжешм теорц подвшно! гнжекци.

0. Метод викорисгшшя нових консгрукщй та Титов технолопчних установок з викорисганням иових магер1ал1В та методш введешм домшюк.

10. АпалЬ характеристик розпод1лу крайового випромиповашщ з врахувашшм впливу ефектш аншляй', дисотрацп та протяжних структур.

11. Анал13 релаксацшних характеристик екситонного випромшюваптш з врахуванпям ефекхгв дифузп ноаш струму та екситопш,

Наукова новизна. '

1. Комплексне досмдження електричтюх, оптичних, фотоелектричних, люмшесцентних властивосгей дозволило з'ясувати

таю параметр» зошкн структури, як пшрина заборонено! зош» Ед2° » 2,360 еВ, температуршш коефщиэтг и зсуну 5,5 ■ Ю-4 еВ

(град-1) ефективно! маси: О,2т0, Ш|! = ш.,1 ~ О,26т0, Х,-Х3 - 3,09 еВ; величина та природа пром!жку вш.ноУ зоеш.

2. Запропоновано роз'яснешш симетричп м формн поглинатга в области 3,1 еВ на основ1 допускаемо!'запропоновано1 модем лнпотропи ефективно!' маси електрону в ргашх долинах.

3. Вперще спостерггався ЕПР - ат' пп азоту в ЗС-вЮ та оцшеш його парамтри д - фактор та пост1йна топко! сгруктури А =1,2 + 0,1 о В 1 детально досуиджена 1 штерпретована форма ЕПР сигналу (д = 2,0068 см"3).

4. В д\апазот температур 300-1300 К вперше дослужено фупдаментальне поглннання, а в дтпазот 10 - 40 К домжскове поглинання.

5. Доказано, що крайова ФЛ об'емщ1х пристали) ЗС-БЮ складаеться з двох смут А- ЬУп,^ 2,29 еВ.и В с Ь\'т =2,26 еВ ( прп 77К) з тдпотдно малнм - 10" с та лпошрннм - 10 е с часом релаксаци.

6. Запропонована теоретична модель релаксаци екситогаю-д)рково1 плазют, з яксл випливас гадтрпммшй експеримехггом факт сталост! величини часу релаксаци ФЛ в незалежносп В1Д чистота та походжегаш зразку,

7.-Вперше доемджена температурна залежтста оранжово!' смут домипково! ФЛ в д1апазош температур 40-300 К 1,95 еВ.

В. Виявлеио та доемджено явище термовиевгглюваши кристал1в ЗС-ЭЮ в д1аПс13ош 80-300 К, пиявлеш 2 тигш термовневдааовагаш прп 90 К 1 130 К. Подана 1х иггорпрета^ш.

9. Експеримеатально визпачен вплив сгупеню обробки ьоверхш на форму спектру ФП.

10. 3 спектральинх вимарювань дом1шково1 ФП внявлено наявшеть рекомбшацшних ценгр1в з глибнною залятаиия 0,55 еВ, 0,9 еВ; 1,35 еВ; 1,7 еВ; 2,15 еВ,

11. На баз! модел1 подвШно! цгжекцн розроблена узагальнена теоретична модель пропкаипя струму через трьохшарову структуру, яка дозволяс отримати аналшгший вираз для ВАХ, що добре сходиться з експери ментом.

12. Анализ експ«-£име1ггалышх доауджеиъ ВАХ в фотодюдному режпш показав, що и форма визначаетъея сумснимн процесами тунелювашга 1 фоюгенерацп для тонких структур та процесами фотогенерацй в 1-шар1 для протяжних структур.

13. Детально доел1джеш характеристики г.перншю в!Дкритого автором сфекту шжекцпЧно! фоточутлнвоси.

14. Запропонована теоретична модель ¡шкекцишо! фоточутливосп, узгоджепа з ексиериментом,

'15. Доведено, що еихдд екситошгсго внпромццовшпш залежить шд сгупешо компенсоцй тдклпдкп.

Г 3

16. Виявлено та штерпретовано сгал1стъ часу релаксаци ЕЛ вппромштоватш и екситоннш смуз1 (2+3 мне).

На захист яиносяться пункта 1-4, 6, 7, 10-16.

Практична пигшеть.

1. Досмджешш краево! ЕА показало, що удосконалення технологи дозволило отримати яскратсть порядку 5-10° кд/м3 1 провести детальне дооиджеыя ампер 1 вольт-яскравих характеристик.

2. Розроблено комплекс технологи! для сгаорення д!одних структур з наперед заданими власгивосшми, а саме: мжровплавлення, дифузи, еттакот, сгвореыня МДН-структур, вирощувшпш дюдних Структур.

3. Проведено комплекс робгг по монтажу, наладгц та пуску в експлуатаццо установки юшго! 1мплантаци, модергазована система живлеяпл та вакуумувагшя, розроблет та настроен! блоки високотемпературпих 1 газових ютв, теля прискорення на 45 кеВ, система нагреву мипеш пдкладки до 1600 °С.

4. Всгапоплено, що ККД фотоелементу на баз! ЗС-БЮ може досягати 5%,

5. Розроблено високотемпературний фотоприймач для робочих температур 20+350 °С на баз1 дюдних структур в ЗС-51С:А1.

6. Показано, що викорисговуючи ефект лавинного множешш можливо створити фотодюди з чутлив1стю до 500 мА/В.

7. Розроблено гнжекцшний фотоприймач з фоточутлидаспо до 10 А/Вт при наявносп ОС в прямш плщ ВАХ.

8. На баз! проведених дооиджень ЕЛ в прямозмицепих дюдних структур розроблеш прилади та сисгеми:

а) шдикаторш зелеш евплодюди плоско1 та нагавсферично1 форми з блискучою 1 матовою поверхнего з величиною випромштовашн потужнооп до 6.10"" Вт при Ьуш = 538 им;

б) евггодюди - джерела евдтла з кот'пшми 1 параболо!дними в1дбивачами 1 силою сштла до 2 кд;

в) сисгеми для фотозапису шформацн, зокрема скануючий запас воображения в теплобачет, метеорологи;

г) п<1б1рт знаков! шдикатори з розм^ром, знаку 3x5 розвитком ще! розробки стали жовэт евплодюди на баэ1 ЭЮ-бН, в результат! чого булп розроблет свилод1одш випромппоюч! л1ншки з пцльшепо 16 ел/мм;

£фект розробки 710 тис.крб. в цшах 1976 р.

д) еталоии зеленого свила з ХП1Ы = 538 нм 1 шириною смути 20нм.

9. Були запропоноват поп! типи опгоелектронних елеменпв, еталонш 1 опорт евплодюди на баз1 Б^С-ЗС Гфи прямому змзщегап, та Б^С-бН при зворотньому змнценга, з часовою стаб1льтстю не прше ±3% за 1000 год, 1 терлпчною 1 не бгльше ±0, {% град"1.

10. Розроблеш оригшальга методи вим1рюватш часово! стабмьносп на баз! пор1вняльних cbitaobux iiotokîb специально шдюраних систем сеитловик еталошв ("тллопнл лампи, р.эд1ацШн1 джерела, окал1броваш свплодюди).

11. На 6a3i законом^рносп релакслци пробивного пипромшюватш розроблеш шггульсш сагглодюди з шшвидкод1ею до 3'109 с 1 з потужшсгю винромйиоиашш 310 " Вг.

12. Дпкую'т сговпадашво спектру зпоротньо змще1шх структур i3 спектром 3ipiui класу G 2 розроблеш шпацгЛш свплодюди.

13. Вперше показан можлшисть стоореннм сттлодюдш з змтюваним кольором свпшня при змшюнашп ампмгуди сгруму або полярноcri.

14. Техполопчням шляхом реализован! можливосп сгворешш диох та трьох KOAipirax сыгодюд1в.

На захисг вннесено пуэшт 1-14.

jMicr роботн.

РоздЬ\ перший. Присвячений досмдженшо парамегрт зошкп структур!!.

В зв'язку з тнм, що бш.пдсть досл1джепь проводилась на матерым п-тнпу, особливу увагу в poöoTi прид1лено досм'дзжешяо впутрйшгьозонного поглиншшя в обласи переходу XiC--X3C, показали: в д1апазош п1д 95-603 К коофщ1г,т- поглинання mît бути описаний внразом а ~ ехр(ЛЕ/кТ) де Е = 43 + 3 меВ, т.о. мехашзм поглинання викликатш переходами донор-друга гадзоиа протдносп. Виходячи з форми спектру поглинання, структура спектру фоточутлклосп i спектру . передпроб1шю1 ЕЛ в обл. 3,1 еВ з викорисганиям моделей К о ihm i Кона (1,2) i припуск аючи асиметрцо ефектпвних мае електронзв pi3H!ix долинах поблпзу X точки вдалось пояаштн симетричний вид спектру в дмйй область

3 впмфяно'! температушо'1 залежносп концентраци для (вырожденных) нщцвпров1дш1юв методом Кона Лютгинджера, а також доойдження ефекту Франца-Келдипха, було визначено значения ефектнтю'1 масн електрону

Шх=О,12т0 ± 0,03пл., тц = 0,7щ ± О,1т0.

В другому роздш, присвяченому достижению електричних i ошичшк характеристик, було розроблено метод вид(лешм однор1дппх монокристал^чних зразюв, точно в^бивадочнх електричш властивосп в1дпоп1дш1х гарам1д росту.

На приготовлених зразках проводили вим1рювання

пров!дносп i ефект Холла. В нелегованих кристалах концентрахця . HociïB була в межах 7-Ю13 - ?-101е см"3, 10" см3. В доЫджуваиих зразках енерг1я юшзацп може бути описана виразом Е, = (0,05 ± 0,005) + (3 ± 0,5) -10 ' ^/N"7 еВ.

2- С-П 5

При температурах 7Ö0-1000 К виявлено другий допорний центр Ен з глибиною залягання 0,07 - 0,1 еВ. При концептрацц 1'ескомпенсованих допоров б!лып »пж 1017 см"' в трамад.- с росту rpaiii В проявляеться домгшка з глибиною залягання Есз »0,3 еВ,

Мехашзм розс1юва>пщ, Анал1з температурно! залежносп холловсько! рухливосп i часу релаксаци сигналу циклотронного резонансу показав наяишсть зразгав з рухлив1сгпо, яка доргвшое 90.000 см3/В с при ЗОК, а при 300К рухливкпо виявилась 1020 см'/В с, причому крива ц.=ц(Т) могла штерпретуватися иаявтспо розаювання на акусгнчних фононах i на п'езопотешцал1. Зв1дки, з урахуванням модели (15) для значения деформацшного потеятцалу сггримуемо Ев = 17±2 еВ, В б(льш сильно легованих зразках виявляеться необхидпим додатково врахувати мехашзм розсЬовання . на ¡отзованих домшгках i на областях просгорового заряду.

ЕПР I. монокристалах 3C-SIC, Вперше спосгерггався ЕПР в монокристалах 3C-SiC. Досмдження проводились при температур! 4,2К па супергетеродинному спектрометр! з р1внем падаючо'1 потужносп 0,5 мкВт,

Зшяряно g - фактор, д - 2,0068 ± 0,005, А = 1,2 ± 0,1' еВ,

Оггпгчд властивосп. В даному роздш розглянуто в основному фундаментальне поглинання в широкому (77-1300 К) д1апазон1 температур.

Э'ясовано, що при температур! 77-650 К, поглинання може бути . описано суперпозтцею впливу екогфпшх i м1жзонних переходов з участью фонотв. При температур! вище 650К чпхого спгвпадання з моделлю екситоп— мгжзонного поглинання не спостерггаеться, що, на думку автора, обумовлено наявшспо додаткового мехашзму.

ЗС-Б1С. В якосп шослрацй' можлипосгей ФЛ була розроблеяа методика доомджения однор]дност! крисгал!в ЗС-БГС по величин! зиходу ФЛ в р!зних париях, кристалах.

В результат! було з'ясовано, що макскмальний вих!д крайового випромжювання мае м1сце в ЬЫ шрам!дах росту, отриманих в процеса розпаду метилтрихлорсилану, П1дданомУ дворазовй перегони!. Комплексний анал!з Ьйегралышх, часових 1 спектралышх характеристик показав наявшсгь власного, домЬнкового, микдомтгкового мехашзму випром!1повашш. Було проведено досл!джегавд природи спектру крайового випром1нювання в д!апазон! температур 6-1200 К. Досл!джешш при низьких температурах встановили 1сиувашш зв'язаних, причому не т!льки на азот!, а також ! на других донорах скситоноь, а також баготоекситогашх комплексах.

Було встдновлено, що в реальному виппдку пом!рно легованих , зрозюв - = 10п см^ 1фи температурах В0К кр!м крайово'1 смути,

в

"А" обумовлено! ашплж^ею екситошп мае М1сце малоенерцшна "В" смугл з максимумом в обласп 2,26 еВ. Анализ розподЪчу екситошп, за учаспо виявлено! рашш (3) 1 обгрунтоизгшг (5) дифузн екаггошв показав , що розподЦ екситсшв визначасться в основному величшюю дифузшних довжин носат 1 ексктмпл, а також глибиною пронпкашгя фотона. Досмдження "В" смуги показало, що шерциппсть випромиповання в цьому випадку виявляеться менше

Алюмшзева ему га, а саме реал]зу1ма в кристалах ЗС-Б1С:А):М, виявлеяа практично одночяаю з автором (58). Проведен! досуидження сгруктури спектру в д^апа зон] температур 40-120 К показали наявшегь двох мехашзм^в випромиповання: м1ждомццковоТ рекомбшадм азотно-алюмипевих комплексов 1 випромиповання А1-вь\ьна зона.

В результат! по енерпй активацн впромиповання визкачена глибина залягання азоту 0,041 ± 0,01 еВ.

Дуже важливим нлемдком доауджешга ФЛ в БЮ-ЗС е фактор модельносп досл)джешш для вивчення ФЛ в щпотх полтшах, де штерпритац^я суттево утруднена наяптспо неектмвалентних положены

Термостпмулюванпя ФЛ в ЯЮ -ЗС.:А!:М нами спостер1галось мабуть вперше. При цьому алгомипй в напц зразки вводили в процес! росту. Нами виявлено два максимума термовисв1ТЛЮвання: штзькоТемперлтуртгй, в обласп 90-100 К та внеокотемпяратурнпй, з максимумом в обласп 130 К, Глибина центру в!дпов1дального за низькотемпердтурне термопневплговання 0,07+0,08 еВ, а за високотемпердтурпе - 0,25 о В яи можуть бути пов'язат з наявшепо депорт!:; пакгшеш та алюмгпю.

Ш_розл1А—мЕшшянеаа_дрелкжеша_фшвпроттой

Як показали експсрименталып доемджешш, спосгер\галась пласна 2,3+5 еВ та доминиона 0,5-2,2 еВ ФП. З'яг.овано, що форма спектру ФП рЬко залежить гид обробки поверх»! ¡, таким чгаюм, в1д швидкоепч поверхнево1 рекомбшацп, зросхання яко! скорочуе як загальну так 1 особливо короткохвнльову фоточутлншеть.

Зпдно з нлявгтгми моделями проведена оцшка швидкосп поверхнепоТ рекомбшподТ — 107 смс'1 для природной га 1С5 смс"1 для гру6оп1л!фовано1. Шляхом иикористання методу сгацюиарних та релаксацшних характеристик були внпчеш оснонш характеристики фотопрогндносп, було розроблепо • омбшоватгй, об'еднуючий метод сви'лового удару 1 слабкого ¡мпульеу, дочполятчий рсал!зувати збуджегаш в диапазон! 10® +10л фот/см'-с, В результат! було ястановлено: я п-тшп ЗС-51С l¡)oтonpoui,\r^icl^r^ нсстггь мопополяршгй характер в зв'язку з су!тсвою атзотрогасю перетину захвату електрон!« та д1рок для 11- центр1в, досятаючо'1 пят порядкш.

10 7 с.

А*

7

Запропонована двохр1внева схема рекомбшацн, де при малих ри-шях збудження в1дпов1дних копцентрацшм нижче 10"см'3 основну роль внконують И-цещри з глибнною залягашш 0,2 сЗ, а при б!лып високих ■ Б-центри. Концешрац!я Я-центрш лежить в межах 1,5+5-10"см3 , причому перер13 захвату д^рок на Я-центр орК ~10-п см , а електрмнв стпК ~ 5'10"1в см2 , а сг^ ~10'" см3.

Висока ступшь монополярносп гадтверджуеться дооыдженням люкс-амперних' та релаксацшнпх характеристик. Достидження домипково! фотопров1дносп показали: а) максимальною фоточутлшиспо та роэтзнаванням спектру маготь мипмально леговаш зразки з Ыд -= 10" см 3. *

б) визначена, зпдно критерию Мосса, глубина залягання догащкових р1вшв складае: 0,55 еВ, 0,9 еВ, 1,15 еВ, 1,7 еВ, 2,15 еВ в!д краю в1лыю1 зони, що дозволяс зв'язувати 1х походжешш з на; "шспо алюмшцо, бору, вакацсн вуглецю 1 ряду глибоких домниок песидомо! природи.

Роза!л V присвяченнй розробш ■ технологи 1 Аослдлженню елекгричннх характеристик лкшшх структур,

Для реал1зацн ыадто р1зких випрямляючих структур була розроблена тёхнолопя сгворення вплавних структур. Розвитком цього виду технологи стала розробка шляхом вплавлешш (через маску) великого числа пл)вкових елеменпв емггерного сплаву (силумшу) та иасгупного вплавлення при температур! 1650 ± 50 °С.

З'ясовано, що ефективним способом регулювання параметр1в . випрямляючо'1 сгруктури е температурно — часовий режим.

Для реал1зацн дифузшних випрямляючих структур були спроектоваш та налагоджеш технологгпй установки для дифузц бору та алюмшш. В осганньому випадку установка була створена на баз! конструкци, запропоновано! Ю.А.Водаковим 1 докорЬшо вдосконалено! 1 модершэовано! автором. Зокрема система крихких графггових екрагав була замшена пшококсовим екраном, горизонтальна консгрукц1я перетворена в вертикальяу.

Було забезпечено бЬлш р1вном1рно та симетричне розпод1лення температури в робочш камер! 1 забезпечена можлишсгь проведения дифузн в велику юльюсгь /до 100 шт./ великих кристалш.

Еготакаалып • сгруктури Наявшеть алюмшцо сприяла

утвореншо еттаксаалышх структур, особливо при наявносгп хнд'емного градиента температури мзж дифузантом 1 крисгалом, що забезпечувало можлшпеть створешщ егатакаалышх р-п переход1в в оггасаних вище дифуз!йних установках.

Вирощетп р:п перехоли. В БЮ-ЗС вирогцего переходи вперше отримаш, мабуть автором, разом з С.Н. Горшим, з додаванням домшпш бору в процеа легуваннн, виросгаючих на вупльгай гопц1 кристалгв при синтез! з метилтрихлорсиланом у поди!. Сгаримпт кристали мали як

8

мппмум одну густо забарвлену в синьо-чорний кол1р шрамду зросту, з яко! вир1зався дюд в вигляд1 паралелопшеда.

МДН-структури. Структура створювалась термгшим окислениям тдклддки з насгупним напилетшм металу.

В результат! виявилось, що отримаш структури мають типове випромшговання в зелешй обласп спектру достатньо високо'1 яскравостт (200000 кд/м3), на В1дмшу «¡д мжросплавгкп та дифузишо! технологи, однор!дтсть випромшюючих елементш виявилась значно вихцою, а робоча напруга та розсцована потужшсть виявилась значно (в 3-4 рази) меншою, чим у дифузйних. Сам! кристали можуть з'еднуватися в лшшш матриц» з штервалом 200 мкм.

1оюта ¡мплантамя. 1онна ¡мплантащя - це нведешгя домтжових атомгв в твер,\1 ттла шляхом бомбардування речовитш М1шеш пучками прискорених ¡ошв цих атомш. Основна юзитивнз ягастъ методу юнно! ¡мплонтацн - можлишсгь введения в решзтку основно! речовини, практично будъ-яких домАшок, незалежна в!д х1мгпшх, мехашчних властивостей, агрегатного стану 1 наттъ зв'язаного стану заданих атомов. Маоучъ одним з найб)льш схладних етагав ц1е1 методики е монту8а1шя, налагодженкя и роботах режим!в. Нами використовувалась ¡онно-променева установка 1ЛУ-2, виготовлена в 1нституГ1 а томно! енерги Ь*. I.В.Курчатова. По принципу дп 1 консгрукцн нона аналогична мас-сиектрометру секторного типу з симметричвим розмшденням джерел та коллектора дошв в1днссно магттного анализатора. При цьому для однозарядних ¡ошв енергщ до 50 еВ при струмз до 10 мА. При викорнстлшп пучкд'я двозарядшгх Ю1£Ш, енергетичкий штервал 100 кеВ.

В хо,у роботи по монтажу га наладф 1ЛУ-2 була виконана модергазащя монтажу установки 4 зокрема, зайнятш площ], враховуючи необхздн! техгочш вимоги та вказ^вки по технигц безпеки.

1. Модершзована система захисту при в1Дсугносп тиску в водянш малстрал1 (магат, насоси, джерела).

2. Вдосконалення блоку живлення високовольтного етабшзопаного ви1трямляча > блоку керування механизмами при ймача та системи газового живлешш.

3. Проведена зм№а дифузшних насосав турбомолекулярними.

4. Спроектовано, виготовлет 1 налагоджен! блоки високотемпературних ютв.

5. Створено систему гасляприскорення ¡ошв в блощ приймача.

6. Налагоджена система нагршу шдкладки до 1650 Методом оже —спектроскош!', яшй дозволяс когаролювати склад повгрхгп, було встановлено, що дози юти азоту з концентращею внгцмм 10'°см-г сприяють селективному розпилешпо атомзв кремнио.

Одним з еташв використанют методу ¡онно! ¡мплаптацн стала розробка штзагаршгх контактов в п-пша Б^С. При ¡мплантаци одно- 1

з-6-п 9

двохзарядних югав азоту та енерти 40-80 кеВ, максимальна глибина проникания досягала 0,14 мкм. Було ~ вспановлено, що огггималышй режим для створешот максимально! поверхово! (шаре о!) пров]дносп Л1дпов1дас до31 ]0" см-2. На сьогодняшнш день на установщ реал1зоваш 1мплантацшш дюдт 1 еппдюдт сгуктури з яскравим зеленим пштромшюванням.

В рамках дифузшного наближешш подпшно! шжекци автором була запропонована узагальнена модель, яка дозволяв в ангзлггичшй форм! отримати форму ВАХ (вольт лмперно! характеристики) максимально близьку до загального р1шення, яка дозволяе чггко визначити границ! (меж!) шших наближень (Холла, Клейнмана, Рижикова) 1 в!дпов)дш критери иизьких та високих р1вшв збудження, В випадку дюдних структур, властивим вплавним та юногмплантацшним стр>гктурам, показана реальна можлив1сгь тунельного протыкания прямого струму за участю в тунелюванга р1вня азоту з глиоиною заляташш 0,05 еВ. Ашхмз явищ при зворотаьому змнцент показав, для д1одних структур на'базг ЭС-51С сутгева роль тунелювашш, зокрема за учаспо домаикових сгагав та решгтчатих фонотв. Еспериментально дослзджеш мехагпзми протжання струму, йото зв'язок з температурою, иапругою. Дослужено зв'язок м!ж розпод1лом потенщала поздовж дюдно! сгруктури, з даних по в олът- ф арадгшм характеристикам, з! структурою переходу, З'ясовзно, що термогенерацШта складова зворотнъого струму може бути выявлена при Дп високих температур (вище 600 К), або гид д1ею гид статси власним евгглом.

Роздал VI. Вентильний фотоефект в ЗС-51С.

Можлив1сть регулювання глибиии збудження носив з иаралельною можлщцепо прикладання поля 1 пройкання струму, д1я нких здатна сутгево зв1лышти розпод^л концентраци светлом генерованих ноаш, полш та IX складових може докоришо змшити як характер стацюнарного струму, так 1 юнетику процеав, що в свою чергу при численносп мехашзмш фотогенераци i протыкания струму 1 ь1дпов1дно Ух взаемоди може сутгево змшити мехашзм фоточутливосг! 1 техгачш параметри фотоприймача.

Вентелышй режим. Виходячи з основних положень дифузшного наближення подвшно! 1нжекцп 1 гадаючи, що функхця генераци в припущент сильно проникаючого светла може бути записана в вигляд1 д = ад0х, де д0 - цш>шсть фотошв, падающие на одиницю плопц, для розпод^лу ноейз було отримано вираз

р(х) =

дд„тег"

Р*1 ' ~ - .21 2 х

I. 1-а2С-

й-х . х

ц_1 --«(

Зв)дк1л1. випливае, що В1Д залежносп стввиношешш граничних концентрац!й форма розподглу може мати вигляд эростаючий або

спадагочнй, а також мати ексгремум. Враховуточи те, що напружешсть поля е лгшйною комбшащсго к.онцетраци та и поюдною, отрнмано розпод1\у поля по координат) ! з'ясоваш умови домшуваиня його дрейфово! чи дифузшно1 складово]. Для ксш1«?гграцп фотоноспв мае мэсце або монотонне розпод1лу, або розподи з мнпмгумом. В режим! активного наяантажегам можливе пиникапшт максимуму, в розподШ котщентрацц.

Зпдно з отриманими дапимп и Я1С-ЗС мае М1сце висока ере холостого ходу, . слабка шерцшшетъ, широкий диапазон спектру ресструсмих частот, значна пцльтсть струму, широкий диапазон ропо'пгх температур. Встатюплеио, щп змешпешш товщини переходного шару в дифузшних структурах сприяс збмъшентпо ККД.

Спектра м.1Г характеристики,

Як випливае з I кспериментл, локал1зац1я максимуму спектру ФЕ з ростом глибини заляг ання р-п переходу змтщугться в короткохпильову область (в!Д 3,8 еВ для 4 мк глибини залягання до 2,4 еВ для 100 мк), при цьому нагр]ваш!я зразка в*д 77 до 650 К загальну форму спектра залитая без змш, але максимум 1 чериона межа змицувалися в ДХ -область. Анал13 коефц^ентт збнрапня на баз1 розроблено! модел! подвито! тженцп показав, П|о максимум збирашш припадае на I-областъ. ОблЬс збирашш ОПЗ \У>1., в протилежному випадку L>W домнгуе збирашш з ¡-область Для випадку Б1С-ЗС дифузшпа дсвжип.г перевищуе ширину ОПЗ, I таким чином, можна рахувати, що аж до Ьу= 3,3 еВ домнгуе збирашш в ¡-облаеп.

В зв'язку з ркшомашетшепо ят.пщ при л:д'смному змйценш на дюдтн структур!, зокрема при тунелюваш.!, фотодгодний режим проявляе ц1лий ряд особливостей, не влдстивих структурам на ба31 Се 1 5]. Зокрема вольт-амперш характеристики окрц.х насЬчення,

ВИЯВЛЯЮТЬ ЛППЙШ 1 КВйЗИЛППЙШ ЗПЛСЖНОСП 'заталиюго СТруМу П1Д

папруга. Больше того, в окремнх вппадках, лшшне зростання струму змпиосться насиченннм 1 подальшим зросташгам струму. На в]'дмигу в!д вептпльного режиму, люкс-амперт характеристики зберггають лшшшетъ в набагато ширшому цггерпал1 напрути 1 температур.

Мабуть, пайб1льш цисавим явищем е в!дмшшсть спектральних характеристик вузысих та протяжних структур. Ягацо в першому випадку зрюг змццення вшеликае максимальне зростання фотоструму в довгохвильовШ частит? то в протяжних структурах зростае амплиуда короткохвильово'! частиип. В першому випадку йде розповсюдженкя поля в глибипу структури, 1 там самим зеув максимуму в ДХ-область, В другому р-п переход В1дст01ть в!д поверхш на товщину р-шару 1 ОПЗ - частшш 1-обласп, в результата зростгпн!! змццешш веде до залипання полем поверхневого шару, ефсктиг.на товщина р-облдсп зменшусться максимум зм!щуеться в КХ-областъ, оснопга зпкопом1рносп описуються моделлю (Гарднера,! (52). Сутгевий вплив из форму спектру впявляе I додатковпй максимум криво! поглинашт в

3" ' ' 11

область 3,1 еВ, котрий, як показано в роздШ 1, може викликатп Аодатков1 максимуми сгруктури в цш область

В]дмшшсгь в релаксаци, яку ми спостеркаемо при осв1тлешп власним 1 домшжовим свгглом, обумовлена великим вкладом фотопров!дносп при домшжовому опром!1повашп, 1 викликае великий внесок довготривалих компонештв, яю, окр1м прилипания, можуть бути зв'язаш з наявшспо флуктуацп периодичного нотеш^алу,

1нжекц!й;пт режим (1Р). В карб]Д1 кремтю кубично! модифжацп фото1Нжекцшгшй ефект вперше спостерЬався нами в 1968р. при використашп сплавшгх р-п переходш, а гпзшше 1 дифузШних структур (60). Цжаво, що точка шверси ВАХ (¡нжекцшний режим) %1е залежить в!д р1впя збуджешш та знаходиться в межах 1,6-2,1 В. Эмига спектру опромшюваного светла веде до сутгево! змши залежносг1, форми сигналу в)д струму, лшшно! для сильнопоглипаючого светла, 1 залежпосп ДУ=1(1Ф) з максимумом для слабопоглинаючого. При цьому прирост фотослруму з зростанням ршня осзптлепня мае явно падлшшну форму, л фоточутлив^сгь досягае 10 А/Вт. Величина фоточутливосп в 1Р значна больше, шж в фотодюдному. Под1бно до фотодюдпого режиму, релаксация фотосигналу складаеться з дегалькох компонент з сгалою часу в1д 10"4 до 10"г с.

Ьггерпретащя отриманих дгишх проводилась в рамках дифузшпого наближенпя подвшно! шжекци з врахуванням збурюючо'1 дп свгглового сигналу, Всгановлено, що в загалъному випадку прир!ст напрутп для слабопоглинаючого свпла мае максимум. При цьому складна форма криво! обумовлюеться суперпозшрею контактно!'! об'емно! плки фотодобавки.

онтлолюлних структур. Показано, що детальний анал!з розпод1лу Ьттенсивносп вппромиповашш по поверхт кристалу, виникаючо! при протшанш струму через точковий ко1ггакт, подЮно до методики лазерного зондування, забезпечив анализ структурно!' ! домшжово!" однср^носп, зокрема допомагае виявити в!дмшн1сп> квантового виходу окремих шрамзд росту. При цьому свгглодюди, де н!дкладкою була грань {111} мали в середьому в 80 раз больший вих1д, чим при шдкладц! на баз! шших трам!д росту. Наявна р!зниця, мабуть, обумовлена певним мехашзмом б/в шапляцп екситотв, осгання може бути викликапа як велико-маапгаб1шми флугсгуафями перюдичного потенциалу репвтки, так ! безпосередньо д!ею акцептор!в (57). Пор1Вня1ПШ топографа власного 1 домгшкового випромшювання показало наявшсть розпливчатих меж в першому, та р!зких - в другому випадках.

Були сгвореш передумови для обгрузтговання дифузп екситошв. Теоретичт оц!нки дозволили з'ясувати поправки до ¡стгагоУ яскравосп по в!дношеншо до вимзряпо'1 з врахувагащм дифузшно!' довжиш! екситотв, Як випливаг. з експерименталышх характеристик,

12

порогова напруга не може бутн моишою максимуму eiieprii 2,3 еВ, (б1льш точно червоно! границ! втяряно 2,25 В). Так як i ВАХ i АЯХ в обласп напруга вище Unop мають ступеневий характер," то i вольт-яскраш характеристики в цьому д1апазош мають бути також ступеневими, що дшсно мае мкще.

Спектральш характеристики очевидно аналопчт таким у випадку ФЛ. Зростання температури приводить до мокототгого розигирювання окремих смуг i ix злитпо одна з одною i зммцетшм максимуму в IOC сторону. При цьому температурний зсув максимуму визначае температурну змшу пхирини заборонено! зони. При тдвищегий густт струму виникали додатков1 максимумы в обласп 2,38 еВ, а також 2,365 еВ, 2,335 еВ, за прнпущенням, обумовлет ефектом екситон — плазмово! взаемоди.

Температурна залежгость »ггерсивиосгп випромлкювання.

З'ясовано, що структурн отримаш вплавлегшям алюмиию монотонно збьльшують йггенсивтсть 3i зросганням температур», що BiporiAHinxe всього пов'язпо з ростом коефщйнту шжекци. В дюдних структурах, отрима!шх дифуз!ею бору, поряд з монототгям зростанням температури до 1000-1100 К при н&явносп д^фегспв спостериались максимума та мцпмуми при температур! 500-600 К, що, мабугь, пов'язано 3i змшою мехащзР1у випромнповання, що т^тверджуеться появою в спектрах найб1льш довгих Д!0Д13 (d[ > 2мк) з! зростанням температури нових смут з hvm - 2,05 i 1,9 еВ.

Свгелотехгочт характеристик:;;.

Ампер-яскрав1 характеристики. Експериментальш дсслэджеиня ампер-яскравих характеристик (АЯХ) покэг.».«_ч, що »ei воют шдкоряються стгупеневому закону Ф ~ 1п, де п— кшяеться е1д 1/2 до 8, лричому, змша температури мало впливае на ферму АЯХ,

З'ясовано, що трансформация 3i зростанням тс.иератури зовом незначно! сублнпшк« делянки в лшшну i зверхлнвйну, може служити надшним критер!ем переходу В1Д примесной до власно!

обласп випромшювшпш.

При великлй густит струму нахил АЯХ, як правило, змешцувазся i навить спосгерггалось насичення.

Для однор!дних структур при малш гусгиш струму спосгерзгалась квадратична залежтегь, яка переходжувала 3i зростанням густини струму в лнпйну i сублшгйну.

Сублшшна дшшка, яка переходжувала в насичення, на думку автора, пов'язана з конценгршдшним руйнуванням екситошв.

Вольт-яскрава характеристика.

Тут cyrrcBi фактори наявносп пороговой напруги. Як випливае з експериментальних данях, порогова напруга не може буот меншою максимуму eiieprii 2,3 еВ (бшшт точно - червено! меж1 2,25В).

4- С-Й 13

Тому, що 1 ВАХ 1 АЯХ в обласп иапруги вшце ипор виявляють сгупенсвий характер, то 1 вольт-яскра!Й характеристики в цьому доапазоно повита бути також ступеневими, що дшспо м ло мосце.

Релнксащя виггромшюваня

Було з'ясовано, що в залежносп В1д сгруктури доминковою складу та параметров живлешш, можуть спостерогатнсь розш форми 1мпульсу релаксацп, Часпше всього це симетричинй хм пульс з1 сталого часу 2-3 мне. Р1дше спостераапся асиметричний Ыпульс з зкороченим сладом, який приймав симетричну форму при додатковому позтгвному змаценш, о паприкипр спосгераався Ьптульс з короткочасовою та довгочасовою компонентою. Приведена

штерпретацоя спосгерааемих явищ.

Домиикова ЕЛ. В цьому роздш розглянута ЕЛ розних тип ¡в домошково! люмиасценц)!, зокрема обумовлешпс домипкою азоту, алюмшао, бору. Особливосгю виявлення ЕЛ "В" - смути можла рахувати перш за все и перекриття з "А" - смутою та домолування в структурах, отримапих дифуз1ею алюмашо. При цьому Мали мосцс гранично пизький час релаксаца 1 надто слабка температура залежгасть штенсивносто. На думку автора, домшування "В" смути в дифузаших структурах обумовлено наявшстю водносно широко! квазшейтралыго! обласп, та з одного боку, - з шдвищеною ¡мов1ршсгю польового розвалу екситона в 1-шар1, а з другого - з годвищеною ¡моворопстю шжекца д1рок в ¡-область та пасгутшою рекомбшацею з електронах • на донорах азота, що шдтверджуе оценки перерезу випромшюючого захвату.

Е/у. обумовленая домопгками азоту 1 алюмшао.

При реал1заца дюдно! сгруктури на баз\ подкладок з домипкою алюмашо, або для дюдних структур, часгково компенсованих подкладок ЗС-БЮ п-типу, спостерггалась оранжова люмнисценгця з максимумом в обласп 1,9 еВ.

Перевага домныковго випромшюванюг при малой густят струму приводило до иаявносп сублшшно! дол янки АЯХ. Для структур, отримапих дифуз1ею алюмашо, ефектившсгь була вищою, шж при сплавних. При цьому при азотних температурах спостераались два тнпових масимуми: 1,98 еВ ! 1,94 еВ, повязаш з перекриваючими * фоношпгми повторами обласп, обумовлено! випромшюванням пар: азот-алюмшш 1 азсгг зона проводносп. Кром зелено! о оранжово! смут, спостераалась жовта смута з максимумом 2.12 еВ. При цьому з зростанням температуря спосгерааеться ц гасашш.

ЕАектролюмипсденшя. яка обумовленая наявшспо бору та азоту. •

Основною особливоспо ЕЛ ЗС:БоС:В:1^, е по перше випромонюваяня в основному в 14 ^обласп, по др>те - спектр випромопгованпя ЗС-БоС:В значно проспше за структурою, нож аналопчшгй в вгших полтгипох. При 77 К в спектро виявлет три добре водмапп смугн: В0 -Ьуга = 1,627 еВ, С0-1ол>т= 1,525 еВ, А07-Ьут = 1.4 еВ.

\

Отримано, що максимум В0 обумовлено випромипоючою рекомбшагцею на донорно-акцепторшй napi бор-азот.

В д»апазош температур 300-1100К виявлена неоднозначность гемпературно! залежносп довгохвильовоТ люмнлсценцп, поряд з зразками, штенсивтсть ДХ люмйпсценци котрих падае »з зростанням температури вище 300 К, е зразки, дсмшую'ц зросгагаш пггенсивност» ЕЛ. Причому спектралытй максимум при Т » 750 К змхщуетъся в короткохвильову область, напшппгршга спектру зменьшуеться з зростанням температуря, при цьому híakom ímobípho зм1гаоеться i мехашзм ЕЛ, а саме не внключено napiafrr виншшешш внутршжьоцентрового мехашзму ЕЛ.

В розлш vil розглянутт питания , Практично» реал»запц доацджень куб1чногь карбЦу кремлю,

Терморезистори. Як показали попередн! досл^джегаот, найб1льш чутлив1сть SiC — терморезисторьв можливо реал»зуватъ в кристалах, легованих "глибокими" домшшами (бором) /60/ або берил1ем /60/.

Таким чином, в поршпятп з шшими типами термодатчитсв, карб^кремгиг.вий термоперегворговач мае значно б1лып широкий д1апазон робочих температур.

В.fr.7Фоторезистори. Можлив1Стъ отримання висококомпесопаних niapiB, а саме забеспечешщ високого темневого опору в сполученга з помпною фоточутливюпо, значною пшриго.о заборонено» зони, широким спектром домшпсоиих сгашв та термостштастю, дозволили реамзуяагн фоторезистри з диапазоном дспжют хвиль 250 —2000нм, piBiieM сштлових потоюв до 1000 bt/cmj та рабочими температурами в»д 77 до 1100 К. • ¡

8.1.3 SiC-ЗС, як люмщофор,

Як випливае )з даннх роздшв (3.1,3.4) фотолюмшесценая в SiC-ЗС спостериасться в дшгазот темеператур 6-1000 К. Притоку молшва реал1зац1я зеленого, оранжевого, жовтого, червового кольр1в i 14. В зразках з оранжевою смутою, яка мае перевагу при температурах 20+150 К, при б1лып високих температурах мае 1-псце терм1чпе гаошш смути та розгораюш екситонно! зелено» смуги, що забезпечуе можлив1спГ реал»заци оптичного индикатора температури, котрий, зокрема, mít би широко використовуватися в системах контроля шдикаци р1вня piAKoro азоту, паприклад в танках для його 36epirainm. Зрозумоло, що SiC-3C:N ; 3C-SiC:B можуть бути використат як писокотемпературга люмшофори,

8,2 Прилади i пристрру на баз» людних структур,

Велика р1з1Гомаштшсть ефекттв виявлялась при використанн1 неоднор^дних двох, або трьох шарових людних структур (61,60), здатних фушщовати до 950 сС,

Випрямлячь В точково контактшпс випрямляча на баз! ЗС-БЮ д1апазон робочих температур досягав 20+350 °С. В дифузшних структурах - 200+700 °С.

Фоточутлив1 дюдт структури.

Як показали нахш досмджнеяня, р^зномашгшсть мехашзм1в фоточутливосп та його гпдсилення забезпечують досгатню р1зноманггтспь титв фотоприймачш.

Фотолатчики на баз1 сгруктурних лефектпв реальних кристал1в ЗС-51С,

В зв'язку з тим, що реалышй крисгал складено 1з окремих трамзд росту, часто роздмегшх прошарком шшого полггахгу, або маючих сутгеву р1зницю концеетрацц, а саме являючих р-гп+ або р-п-п+ структуру, яга маютъ помггну фоточутлив1сть, внникае поляр1зац1я, при цьому амплитуда фотов1дпов1д1, природньо, е функщею в1дсташ в ¿А бар'еру. Таким чином, у наявносп 1 координатно чутливий фотодатчик.

Фотовольтедчний елемент.

В цьому випадку дуже сутгшу роль в]дирае товщина Лицьовото 1 квазшейтрального 1-тару, обумовлюючих зокрема, локал!зацно максимума спектру фоточутливосп, д1апазон реесгруемих довжин хвиль, форму вольт-амперно! 1 люкс-амперно! характеристик, величину . ере холостого ходу, величину порогового потоку та ряд шших параметров ( табл.11-В).

Таблиця

Спектральний д1аяазон робота, нм 320 + 550

Робоч1 сгруми, мкА до 700

Робоч1 температури, "С 20 ± 350

Е.р.с. холостого ходу, В ' до 1,76

Максимальш потужносп опромшювання, Вт/см' 40

К.К.Д, вздносно перегворетт сотршото випромшювання 5 + 2%

Порогова фоточутливйлъ, Вт/Гц АО 1<ГМ

Виходячи з темневих характеристик дифузшних структур, можна сподгватися, що максимум не фоточутливосп може бути реализовано при температур! 500-600 °С.

СвПЛОДЮЛИ.

Мабуть найбхлын тир оке засгосування карбад кремшю знайшов як основа для нового типу приладу - одного з основних елеменпв оптоелектронжи сштлодмда, серед яких на цей час карбид кремшЪш евп-лодюди займаготь особливе м^сце.

Враховуючи гранично пи сок у досягггуту яскратсть в БЮ-ЗС, 5'10° кд/м2, зрозумгло, що' на баз! ЗС-БЮ можливе виготоплипга дуже

1в

широкого .адапазону конспрукцш, а саме: точково контактно!, найбгльш просто! за технолог!ею з максимальним виходом .придатгшх зразгав, безкорпуско! консгрукцй', яку отримують заливаниям внх1дно1 людно! спруктури епоксидною смолою або акриловою пластмасого. Вих!д свила в такш консгрукцй в 5-6 разш перевершуе под!бну плоску.

Розм!ри випромцповач1в можуть мшится В1д 0,8 до 3 мм в диаметр!.

Наявнкпъ металгшого корпусу, а особливо обладнаного рад1атором, дозволяе сутгево збмьпшти робочу потужшсгь, а додатков1 в!дбива'п - силу свила.

В зв'язку з шдвищеною силою свила в дашй конструкцн р1зко зросгае /цетазон н практичного використа1П1я; тому що сгчтлодюд тут висгупае вже не тальки як джерело сигналу, але як ! джерело светла достатньо! !нтенсивносп,

Найб!льп1е значения сили свила (до 2 КД) вдалося рееи-изуватл в конструкцп з парабало!дним в1дбивачем, а зв!дси 1 Е1дпсв1дга области використаня; малогаборитаа системи оггшчного в1дл]ку, швидгасшга запис шформацп з високим р0зр1зненням, фоторелейт схеми, системи запису, виготовлення фотошаблошв, надшвидкий (до 100 м/сек) запис шформагдИ, оптичш далекомри, мгкроосвилювач1, гпдсвипка автомо бгльних шкал.

Свплодлоди в системах запису шформацц.

Виявляеться, що маючи один порядок по яскравосп з квантовими генераторами, зелеш свгтлодюди можуть не т)льки з усшхом суперничати з лазерними в обласп запису шформацп, але й по багатьом параметрам (довговгчшсгь, вартасть, надгатстъ, стаб!льтсть) перевершують Ы.

Для систем фотозапису карбздокремтев! зелен! свгглодюди, мабуть, е оптимальний вар!ант з точки зору ефектявностп (габаритов, ваги, йадшносгГ, довгов!чносп).

Економ!чний ефект в!д упроваджёння под!бгшх прилад!в в 001 в 1979р1 складав 410 тис, руб. в ц!нах 1979р. Наявтсгь значно! яскравосг! ! мало"! випромшюючо! площ! обумовлюе можлив1стъ викорисгання свгглодюдних стругсгур в якосп джерел випромнповання для локальних волокнооптичних лшш. Впровадженя под!бних прилад!в в Ьгституп техшчного скла забезпечило економ!чний ефект в 310 тис. крб, в цшах 1980р. Висока стал!сть параметр ¡в, несггршшптлив1сгь до дн зовюшшх умов, перемножена на гранично високу швидкодцо та ' широкий д!апазон випромшюючих частот, все це лягло в основу реамзаци карб!ду кремнно ! його свгглодюдних структур як джерел для широкого ,уапазону свгглотехтчшгх еталотпв, найб!льш важливхгм серед яких, мабуть, е опорний сви-лодюд.

Опорш св!тлод!оди. До початку цкм роботи як опорт джерела випромшювання з метою кал1бропгш фотоггрипма'пп використовувались етелотпп лпмгат ! рпдюлк>м1нег.це1тт! порошков! випромиповачи, Однпк для багатьох пппадкш роботи в позаштатних

умовах (в бортовда апаратур1 лдтаюв, пароплавш 1 т.п.) опорш джерела мають 1Йдпов1дати ряду вимог, основш з яких наступи!:

1. Впсока температурна 1 часова стабъ\ьшсгь випромшюючоХ потужносп та спектрального складу, мзжлшмсть регулюцашот штенсивносп 1 випромипоючо'1 потужносп в пгирокому д1апазош.

2. Можлнвкггь модуляци та висока ппшдкодгя (стала часу не менше 10~3 с).

3. Висока протирад1ацшна спшасть.

4. Сум1стсть параметрш з параметрами н/п та иггегральних схем живлегагя.

5. Мал1 вага 1 габарита.

Зрозуммо, що стптлодюд, як опорний випромшювач, виявляеться поза конкурешцею, а серед свплодюдш, з щею метою, поза конкурентке.о - карб)д кремшсв].

Зпдно з нашими досл1дженнями, а також дани ми 1.В.Рижикова та С.Ф.Холуянова, за 100000 год безперервно'| роботи, деградагря Б1С-дюд1в не виявлена. 3 врахуванням вимог термосгабхльносп нанбмып придатним с мехатзм "В" смути в ЙК'.-ЗС, проте максимальну термостаб1льшсть мае обернетгно зм1щуванний св1тлодюд на 6аз1 Й1С полггипу 6Н. 3 метою тдвищення надшносп визначешш парметрш часово! сгаб1льносп сигналу було розроблено Ц1лий ряд методик та конструкцш випробних стенд1в.

Вартнт стрпгкопоУ лампи. В цьому випадку конструкфя установки являв собою обойм)' зразюв, де лампа 1 зразки закртлювались в таердих корпусах, забе [ечуючи поспйшсть розм1р1в 1 розмшдення всах частин установки,

Для зменшення помилки проводився старанних В1д(яр ФЕП по величина стабмьяосп ревстрованого сигналу В1д калтровапого джерелд. Як показав апал1з, загальна похибка вим1рювапо1 несгабьм.носп св^тлового потоку 2-3% пов'язана з нестабш.тспо контрольпих джерел.

Для змешпення Ц1Е1 похибки розроблено сгтефалыгу мер лику шжористания особливим чипом подобного набору контрольних джерел вит громи гюпаття, шо спюрюють взаемокомбшафю з мппмальним розкидом параметрхв.

В табл. наведен! основш параметри опорних св!тлодюдш.

Таблиця

Нестабглыпсть пшромшюючо! потужносп за 10 ' год менше 5%

Термостабыт,тлеть, % /град 0,1 + 0,01

Спектралышй дюпазон, им фронтальна конструкция тилоил копсгрукцш 320 + 700 ' 400 +700

Довгошчшсгъ, год 10°

Максимальна шхггромшююча потулаасть, Вт 10"

Диапазон робочих температур, "С -60 + 120

Строк зберогання, рооив не мешие 20

Робоча напруга, В 12 + 24

Робочий струм, А/см' 5 + 200

В робсгп проведено анал1з часово! сгабш>носп, який показав, що значний струм, мала довжииа в1льного пробцу електрону, висока енерпя фонопш, — цо характеристики притамашп нашим приладам, як1 обумовили високу 1мов1ршсть стабольно! робота.

ХеЕМаазйадшсПи в зв'язку з польовим переносом носив при зворотньму змицепш вирипальну роль займае температура Т„, в високих полях оберненно пропорцгйна часу релаксацц 1 таким чипом " внзпачаеться вихзд випромштстатш, очевидно пропорций Т,"2 . Зрозумоло, що т.к. Те для БЮ знаходиться в межах 3800-5300К, змцм температури иавколишнього середовища в межах 20-120 К незначпим чином впливае на довжину вольного пробегу ноая 1 водпов1дно на1мовортсгь випромонювання а>~л/Тв + Т. Як показали нахш дослоджешш, свпглодюди з зворотним змцценням мають практично рекордне значения швидкоди по фронту наросгання 5'109с"' .Опорш свплодюди упроваджет в ЦБК " Геофизика".

В,4,6. Ьпталшшм свп-лолюл. За основу стало добре сгивпадоння спектров огредпробтоого випромонювання 1 випромгнювашш типово! згрки класу С-2. При цьому, основна водмиписть в технологи звелась до необх!дност1 реалозацн точно задано!' геометрн випромппоючоо область

Як показав досвЦ випробуванъ розних конструкцш, близъкою до оптимально!' е конструкц1я в масивному модному корпуса, яка дозволюе з'едиувати корпус з ефекгивним радиатором, який забезпечуе розсиовання до 10 Вт прикладенно! потужносп,

Дослодна .парття таких приладов в колькосп 60 пгг. була виконана на прохання начальника пункту подготовки космонавтов

Ю.А.Андр1аноза, посля проведения необходних внпробуваиь була представление в розпоряджешш тдприемсгва ПО "Арсенал".

1мпульсш св1Тлолюли, На замовлення €ревансы<ого шституту прикладно! фознки з метою годвшценни часового розтзнавання фотопоюгожувачив 1 Мчилышков часток на вреванському прискорювачо (Пгатрот) нами був розроблегаш шпуль сзшй свотлод1од.

Як показали сгаранш. досмджешэд (проведет в Летшрадському об'еднант "Сеотлянэ" ), оптимальна зафжсошша тривалость передньсго фронту омпульсивного сволодооду складае 0.2 не.

Економочний ефект вод впровадженкя импульсного свгтлодюду складае 53 тис. руб. в цшах 1970р.

Еталооти. кольорш. Зелено огалонп, Зелегош колор е наиболып фозоолоточно зрушим для сприйоиптя 1 мае максималышй коефщоеогг

перетворения енргетичних одшшць в сштлотехшчзп, а тому визначае дозволяючий кол!р шдикгщи стацюнарного

функцюнувашш системи, i тому шшбьчъш широко розповсюдженпй р сучаашх ситемах автоматики та контродго. Зелешш KOAÎp на 6a3i ЗС-SiC мае крш того високу чистоту зеленого кольору, Б]дпошда1очого ГОСТу i м!жиародним стандартам.

Жовтий кол!р. Жовп еталони стримуготь шляхом дифузи бору в SiC-бН. В nopiBHHHHi з зеленим, жовтг еталони мшоть бш>шу нащвширину спектру Д = 100 нм з максимумом в обласп 580 нм, noMiTHe свтншт спостерггастъся вже при густиш струму 100 мкА/мм2.

Оранжог.ий KQAip. Оранжовий KOAip реаМзуетъся при дифузи бору в 15R SiC, аналопчно з жовтими еталонами, тут мае Micqe оранжове випромшюванпя з максимумом 605 нм.

Червонпй кол1р може буш реализовано при дифузи бору, юшгою гтлмггащею, або проникаючою рад^ащсю в SiC-3C. При цьому спостери-аеться максимум в обласп 705 им.

Сит сытлолюлн. Ciihî свгслодюди створеш шляхом нанесення еппакаально!' гшвки на перекристал1зовашга 3C-SiC з SiC-6H.

Еталони блакитного кольору. Блакиттп сытлодюдп можуть бути реалтзоваш на ochobî передпробшних вппромштовачш, основш параметри яких подано в таблиц! I. Як показали Hanii досмджешш ця смута добре В!дтворюетъся в piaiaix кристалах, змша piBim збудження i температури (20-200°) не впливае на форму спектру, деградащя практично вддсутня.

Фюлетов1 еталони, фюлетов1 еталони можуть бути реал!зоваш ж шляхом викристшпш ефекту • екситонного випромшювания в SiC-6Н(29), так i шляхом використання зворотнього змпцених вплавних р-XI nepexoAis б ЗС-SiC (60). При цьому максимум внпромшювання мае шеце при 400 им, а нагпвширина 80 км.

Свгелодюди з керованим кольором свигцщя. Вперше сытлодюд з керованим кольором caiiiinsi було створено в ПАН КП1 в 1967 р. шляхом використання випромшгоючих структур, отриманих вплавленням силумшу в слабкокомпенсований n-тгш SiC -ЗС (32).

При малш гуешш струму переважало випромщювашгя пар алюмний-азот в червоно — оранл' -,вш облает! спектру, а при великш -зелене, ексктонне,та при промЬкковш - жовте. Такий прилад може бути широко Бикористаний як в!зуальний нздккатор ведашни струму в ланцгоз!. Зсув крайово! смути в короткохвильову сторону з змешпенням температури сам по co6i може буш методом керування кольором св!чешш. Так, 3 зростанням температуря В1д 20 до 500 °С KOAip внпромшювання змшюеться гид смарагд ово — зеленого до оранжово-жовтого. Окремим випадком св;тлод1оду з змшним кольором вихтромшювання, за допомогою яксго можливо реал!зувати випромиповання з шир01шм спектром i максимумом в зеленш або оранжов:й оолас-ri, можпа рахуватн старения дпохколзрного езилодюду.

Особистий внесок автора.

1. Дано оригитальну иггергтретад1ю симетрично! форми смути внутршзньозонного поглннання та випромйповання, як наоидок мгждолинно! атэотрош! ефективно'1 маси.

2. ДосЛ1джена поведшка краю фундаментально!" смути поглипання в д!апазот температур 77-1300 К. Показано, що починаючи з 700-800 К, окр]м екситошгого та можзошгого поглиншшя, виникае додатковий мехавазм поглттнання, припусгимо-внутршшьоцентрояий.

3. Вперше впявлена фотопров1дшс1ъ у власнш i домлпковш обласп спектру в крисггалах 3C-SiCt показана наявшсть raciinw ФГ1 болим свотлом i наявшсть великого числа част релаксаци ФП.

4. Виказаяо отрппущення, що симетрична форма фундаментально"! смути ФЛ при Т > 700 К обумовлена збглыпенням дол! двофонотгих смут i внутртшьоцептровим механизмом випромшювання.

5. Розроблена модель екситонно! релаксагщ, яка дозволяе визначити 4acosi i функгцоналып залежносп pi3Hirx ггроцесол (атпляцп, дисоцоацп, зв'язування), а також оцшити ¡мов1рглсть зв'язування iroci'm в екситоп i чггко показати водсуппсгъ залежносп часу релаксаци випромонювання в1д походження та сгупеню легування кристалов ЗС-SiC.

6. Вперше проведет детально дослодження структури спектру домшткояо! ФЛ 3C-SiC: AL:N в д1апазош температур 40-300 К з використанням в якосп холодоелементу - pi,\k.oro Не (вперше в ICIII). Визначена схема елекгронних переход1в, оцшена глибина залягання AI и N, забезпечена надойна основа розонифровки cnempiB ФЛ SiC; N; AI розних полггитв.

7. Розроблена ефекгавна технология створення р-n переход1в шляхом мхкровплавлення i3 напиленото шару. Вдалост реалозувати дробносершне виробництво зеленого сштлодюду.

8. Змонтовано i налагоджено технолопчне устаткування для днфузн алюмишо в карбид кремною, виготовлено технолопчне оснащения i пущена в експлуатацно установка дифузн i ештакси.

9. Змонтована, налагоджена i пущена в експлуатацно установка ioHHoi' ¡мплантацп азоту, аргону i алюмонио.

.. 10. Вперше отримано аналппчний вираз для вольт-амперно! характерисшки в приближенно подвшно! шжекцн для симетричних структур, як1 максимально збиаються з то'пшм ршоеошям.

11. Вперше використана можлив1стъ тунелювантш в дюдгагх структурах р)зпо"1 протяжность Показано, що наявшсть домппок i неоднородность фронту переходу обумовлюготь можлив1сть тунелювашш HociiB i в прямой i в звороппй голдо ВАХ 3C-SiC.

12. Запропоновано загалышй метод розрахунку розподолегтя носив фогосгруму в трьохшаровш структур)!. Опрнмаш .иылтпгш

результата для форми розпрд1\у коицеатраци носив, напружешистт ноля 1 Його складових.

13. Проведена експериментальш досл^джеш« 1 вп?ндчет основш. парлметри фотоефекту в ЗС-БЮ для вента,\ьного режиму робота.

14. В результата, эдкшз форми спектрально! характеристики для р1зш1Х ре;кимш робти, показав, що в вентильному 1 шжекцшному режиля збирання ноаш реалдзуеться в квазинейтральних областях, а в фотодюдному 1 домигуе збиранпя 13 областей просторопого заряду.

15. Показано, що для вузьких структур в фотодюдном режимах мае М1сце лппйний зв'язок струму 1 напрути, який з ростом освплешщ переходить в насичення, що поястпоеться супернозшрею тунельного 1 фотогенераццгаого стру>пв.

16. Показано, що В1дмиппсть локалжазатрТ максимуму спектру фотоефекту.та його зсув з напругого, повязано з особливостями дюдно! структури !, яокрема з наявтспо квазинейтрально! обласп.

17. Детально проанал13овано фотошжекц1Йнии режим роботе дюдно\° структури. Показано, що . ефективним опромшешшм е опромшювання слабкопоглинаючим св1тлом. В дифузшному наближенш подвигно! жжекцп розвшгута модель протшання прямого струму при осштледап, яка добре узгоджена з експериментом.

18. Виходячи 13 отриманих даних, автором зроблено однозначний висковок, що саме дооиджегаш фотоефекту у вах без випятку режимах, зокрема в фотодюдному 1 шжекфйному, забезпечують отримання максимального об'ему шформдцм про мехашзм нер1вно1>ярних процеов (вплив поля, температуря), про структуру ОПЗ 1 квазинейтральних областей та '¿х трансформацн.

19. На 6аз1 уянлень про в]дмиаа ступет компенсаци окремих шрам1д росту пояснюеться «¡дмишкпъ, яку спосгерегасмо в виход! ЕЛ 1 ФЛ, як насмдок зб!лыцено1 ьмов[рносп 6/1 аншляци в сильно компенсованих областях.

?0. Проведено разрахунок виливу дифузи екситошв на змшу ефективно1 яскравост! випромшговашш, яке в результап зменыцу гься

випромшюванно! поверхт, ЬЕ -дифуз^йна довжина екситону.

21. Данл детальна штерпретащя особливоегей структур обласп вппромшювання 1 ампер-яскраво! характеристики, зокрема при висоюй густит струму з урахуваншш мехатзму рекомбшацп 1 атгишци та IX змешпення з ростом густини струму, а також концентрацшного розвалу екситотв 1 ¡х дисощаци 1 високо! швидкосп поверхнево! а1ш!ляцп екситошв. Визначення характеристик зв'зку, ампер { вольт-яскравих характеристик.

22. Розраховат параметры, розроблена технолопя 1 методики вимарювазсь термоперетоорюва'пв.

в К раз, . К = - 1 +

/(и+и

2 тут й.—радиус

Створена орппнальна технологи нанесенпя емчгшх контакта i твдключегаш (приеднання) ииподш для диапазону температур 20-600К.

Розроблеш конструкци для контактного впмзрговатгя i запису температур« людського Т1ла i дистацшного виморювання високих, до 3000 К в метелурт i електронигц.

23. Випробувакня фотоелектри'ппгх датчитов, mu проведет автором, показали, Що КПД сонячних елемекпв па ocnoai SiC-3C:AL може досягти 5 ± 2% в межах земно! атмосфери, що в!дпов1дас 7 ± 2% за и межами, а Тх робочий ддапазон температури - 20 + 350 °С; величина фоточутливосп сутгево залежить siA величина змццегшя - для вентильного режиму 15 А/1>т, фотодтдного до 1 А/Вт,- шжекццшого до 30 А/Вт; порогова чутливость - 10"м Вт/Гц"2.

24. На баз! електролюмщосценших досм'джеш. створена (розроблена технолопя та метролопчт основи виморювяге, псракегрш, регуизовано уаровадження) зелен! свплодгоди велико! (до 5-10а кд/м2) яскравосп i чистотн кольору (20 ям). Розроблеш безкорпусна точково — кохггактна, плоска консгрукфя в металевому корпуса, консгрукц1я з конусним i парабол!чним в^бивачем з силою светла до 2 кд. .

25. Детально опрацьовано питаншг фохозаяису шформацй' тляхом скануючого запису воображения па фотоплшку, Показана висока эфектившсть таким систем в теплов!зорах л1такт (економ, -фскт - 510 тис. крб. в ninax 1979 р.), а також в системах заплсу рельефу земпо! поверхш з метеоролопчного супутннка земл!.

26. Розроблеяо конструкгця зеленого св!тлодюду для систем введе1шя зображеняя в волокно (економ. ефект розробют 310 тис. крб, в цшах 1980р.).

27. Под керхзпкцтзем i за безпосередяьою учаегю автора розроблеш:

а) цифро-буквет шдикатори i елемекти екрану (загальяик економгчшш ефект пад рипрезаджепня 710 тас. хрб. в цшах 1975 р.);

б) спорний, гмпулйсггпй 1 ¡мтгацшний еэттлодюди;

в) високстемпературний фотоириймач.

Апробац1я робота

Основт результата дисертацшно! робота допов1дались: На III парад! по електролюмшесценцп; М.Тарту 1969 р. На симгооз1ум1 по електричним та оптичним властпвосгям широкозотшх нашвпров!днигав, Ки!в. 1970 р. На I Всесоюзной конферегащ по патвпроводниковому карб!ду кремгаю, Москва 1970 р. На IV Всесоюзной парад! по фозичним явищам в р-n переходах в нашвпроводкиках, Одеса 1970 р. На Всесоюэтт коиференцй "Засгосування елегсфолюмшесценци в народному господа peini", Чероивхц 1971 р. На XXII Можнароднш конференцц по люмшесценцй', Ленинград 1972 р. На Всесоюзному можводомчому семшаро по наговпровдатковому карб1ду кремтя, Кит 1973 р. На VI Всесоюзна

23

конференцй по електролюмжесцехщи, Дшпропетровськ 1977 р. На II Всесоюзнш парад по фпнщ та технологи широкозошшх натвпров1дник1в, Лешнград 1979 р.На IV, V, VI Всесоюзних конференц1ях по ф1зико — xímíhhhm основам лепровання натвпротадникових матер1ал1в 1979 р; 1982 р; 1988 р; Москва. На II Всесоюзнш нарад1 по глибоким ршням в натвпров1дщгках, Ташкент 1980 р. На II Всесоюзнш конференцй' "Cbít i людина" Саранск, 1980 р. На II Республшансмш* конференцй по фотоелектричним явищам в нашвпровхдниках, Одеса 1982 р.

На III Всесоюзнш нарад1 "Ф1зика та технолопя широкозонних нагавпров1днигав, Махачкала 1986 р. На К Миснародшй нарад1 по фотоелектричним та оптичшгм явшцам в твердому tíaí, Варна 1989 р. На науково — техшчтй конференцй по основам надншосгп та деградаци нашвпровхд.хикових прилад1в, Н.Новгород — Астрахань, 1992 р.

На V МЬкнароднш конференцй по карЫду кремтя, Вашингтон, США, 1993 р.

На Мшнародшй конференцй по алмазоподгоним з'еднашшм, ■ Сан —Франциско, США, 1994 р; На VI Мокнароднш конференцй по карб1ду кремтя та аиалопчним з'сднанням, Кдото, Япошя, 1995 р. На щор1чних се мшар ах КШ, Киш, 1969— 1985 рр. На семшарах фхрми NVL, Вашингтон, США, 11994 р; Кливлендського университету, Кливленд, США, 1995 р; Говардського уншерситету, Вашингтон, США, 1995 р; ф1рми "Вестингауз", Ппсбург, США, 1995 р; ф;рми "Cree", м.Ралл!, Шв.Каролина, США, 1995 р.

Дисертафя включас: 292 листа печатного текста, 168 рисушав, 22 таблицт 492 наймепуваншх лггератури.

Б1блюграф1я

1. Алтайский Ю.М., Сидякин В.Г. Способ шиесения омических контактов путем саморазогрева. А.с. N 146892, кл. 21. 1961

2. Алтайский Ю.М. Рекомбинацчонное излучеш!е в [5 -SiC. Сб. "Карбид 1фемшя". Наукова думка, 1966

3. Алтайский Ю.М., Зевип В.Я., Зарищшй И.М. Парамагнитный резонанс на центрах азота в р SiC, ФТТ, т. 12, N 10, 1970

4. Алтайский Ю.М., Рыжиков И.В. Прямая ветзь вольт-амперной характеристики р-n переходов в р-SiC. Материалы IV Всесоюзной конференции по свойствам р-п переходов в полупроводниках. Одесса, 1970

5. Алтайский Ю.М., Калабухов Н.П., Путач О.В. О температурной зависимости спектров фотолюминесценции [í-SiC, легированного алгймиштем. Сб. "Дизлектршаг и полупроводникп". В.З. 1973р.

ё. Алтайский Ю.М., 'Зуев В.Л., Калабухов II.II., . Рыбина Э'.И. Диффузионные р-n переходы в кубическом карбиде кремния. Известия'Вузов, серия "Радиоэлектроника", т. 15, N 9, 1972

7. Алтайский Ю.М., Зуев В.Л., Ивженко H.A., Калабухов Н.Г1. Краевая и примесная люминесценция в кристаллах кубического SiC. Тезисы доклада на XXII Международной конференции по люминесценции. Д., 1972

В. Алтайский Ю.М., Калабухов Н.П., Киселев B.C. О примесной фотопроводимости кристаллов п-типа ß-SiC. Известия Вузов, Физика N 7, 1973

9. Алтайский Ю.М., Зуев В.Л., Рыбина Э.И. Структура зеленой полосы электролюминесценции в диффузионных р-n переходах ß-SiC. Известия Вузов, серия "Радиоэлектроника", т. 16, N 1, 1973

10. Алтайский Ю.М., Айвазова A.C., Сидякин В.Г. Позиционно-чувспзителыгый фотоприемник. Авторское свидетельство N 414927 с ^приоритетом от 12.10.1973

11. Алтайский Ю.М., Родионов В.Н. Оптическое поглощение кубического карбида кремния в области 3.1 эВ, Изв. АН СССР, серия "Неорганические материалы", т. 10, N б, 1974

12. Алтайский Ю.М., Киселев B.C. "Спектральные характеристики фотоприемников из кубического карбида кремния" ФТП 9. 1976. стр. 1768.

13. Алтайский Ю.М., Мирошниченко Л.С., Катрич Е.В., Таращепко Н.В. Внешняя фотоэмиссия SiC-6H. Радиотехника и электрошжа, т. 19, в. 10, 1974

14. Алтайский Ю.М., Киселев B.C. Вентильный фотоэффект в p-i-n структуре. Радиотехника и электроника, 1975, 20,12.

15. Алтаский Ю.М., Родионов В.Н., Стоянова П.И., Трутиковский А. Спектр собственной фотопроводимости кубического карбида кремния ФТП, N6, 1975

16. Алтайский Ю.М., Ивженко H.A., Баранов В.К., Шемякин В.А, Светодиод. A.c. N 4В4657 от 22.05.75 г. с приоритетом. •

17. Алтайский Ю.М., Демина Т.Н., Родионов В.II., - Стоянова П.И., Шакалов А.П.. Спектральное распределение фоточувсгвительностн кубического карбида кремния. Доклады АН НРБ, N 12, 1976

18. Алтайский Ю.М., Гегашн A.M., Генкина В.К., Киселев B.C., Полисский Г.Н., Проскура А. И. Высокостабильный карбидкремниевый светодиод. Письма в ЖТф, т.2, 1976

19.' Алтайский Ю.М., Зуев В.Л., Прокофьева Н.И., Рыбина Э.И., Шакалов А.Н. Двуцветный светодиод на базе карбида кремния, Письма в ЖТФ, т.2, в.7, 1976

20. Алтайский Ю.М., Двраменко С.Ф., Брыкин В.Н., Горин С.Н., Киселев B.C., Полисский Г.Н. Светодиоды высокой яркости на базе кубического карбида кремния. Материалы VI Всесоюзной конференцин по электролюминесценции. Днепропетровск, 1977

21. Алтайский Ю.М., Айвазова Л.С. О механизме рассеяния электронов в карбиде кремния кубической модификации. ФТП, т. 12, в.7, 1978

22. Алтайский Ю.М., Авраменко С.Ф., Горин С.Н., Киселев B.C. Способ изготовления светодиодов па основе кристаллов кубического карбида кремния. A.c. N 641829 от 14.09.78 г. с приоритетом.

23. Алтайский Ю.М., Гешшн A.M. О спектрах предпробойного излучения в SiC-6H. ФТП, 1980, в. 14, с. 1397.

24. Алтайский Ю.М., Родионов В.Н. Примесная фоточувствительносгь кубическою карбида кремния, ФТП, 1981, N 5, 15,

25. Алтайский Ю.М., Горин С.Н., Авраменко С.Ф., Киселев B.C., Никитина О.В. Использование карбидкремниевых светодиодов в устройствах фотозаписи, ОМП, N 4, 1981.

26. Алтайский Ю.М., Зуев В.Л., Рыбина З.И. фотолюминесценция кубического карбида кремния, легированного бором. ФТП, 1981, N 7, 15.

27. Алтай ский Ю.М., Генкин A.M. Высокосгабильный карбидкремниевый светодиод. ЖТФ, 1961, N 10.

28. Авраменко С.Ф., Киселев B.C. Махлин A.C. "Исследование диффузии свободных экситонов в ЗС—SiC светодиодах. ФТП. 1989. № 3. 529с.

29. Алтайский Ю.М., Киселев B.C., Авраменко С.Ф., Бойко A.A. Источник излучения для сине-фиолетовой области спектра. ПТЭ N 1, 1984.

30. Алтайский Ю.М., Киселев B.C., Авраменко О.Ф., Косухин В.И. Светодиоды для зеленой области спектра. ПТЭб N 1, 1984

31. Алтайский Ю.М., Горин С.Н., Плетюппаш АЛ., Родионов В.Н, фотопроводимость и примесные цетры в кубичском карбиде

• кремния. Легирование полупроводниковых материалов, М., Наука. 1982.

32. Алтайский Ю.М., Киселев B.C., Литвинов Ю.Н. Применение светодиодов на базе SiC. Издательство "ЭКОС", М., 1984.

33. Алтайский Ю.М., Литвинов Ю.Н. Карбид кремния как материал современной оптоэлектроники и полупроводниковой техники. Издательство "2КОС", М„ 1984.

34. Алтайский Ю.М,, Плепопжин A.A., Родионов В.Н. Температурная зависимость фототока в кубическом карбиде кремния. УФЖ, 1985, т.ЗО, N 9.

35. Алтайский Ю.М., Родионов В.Н. Об основных параметрах центров рекомбинации в кубическом карбиде кремния. УФЖ, 185, т.ЗО.

36. Алтайский Ю.М., Гешшн A.M. Широкополосный светодиод с малой площадью излучения зоны. ПТЭ, N 2, 1986.

37. Алтайский Б.М., Гешшн A.M., Генкина В.К., Огнева Л.М. Пробойная электролюминесценция в карбиде кремния. "Электронная-техника" серия Полупроводниковые приборы, N 2, 1987.

38. Алтайсхсий Ю.М., Зуев В.Л., Рыбина Э.И, Полупроводниковый источник света. A.c. N 1508085, 15.05.89.

39. Алтайский Ю.М., Зуев В.Л., Киселев B.C., Рыбина Э.Й. Туннелировзлие в р-и переходах на базе 3C-SiC. Тезисы доклада па HI Всесоюзном совещагоги: физика и технология широкозошгьгх полупроводников Махачкала, 1986.

40. Алтайский Ю.М., Авраменко С.ф., Гусева О.А., Киселев B.C. Красная фотолюминесценция карбида кремния, ФТП, N 5, 198?. 41. 41.

41. Ллгайский Ю.М. Электролюминесценция в карбиде кремния. Доклад на Международном симпозиуме в Ильменау (Герма;шя) 1990.

42. Алтайский Ю.М., Горбань В.Г., Маразуев Ю.Н., Пугач Г.С. О термовысвечиваюти кристаллов, легированных алюминием. УФЖ, N 10. 1970

43. Алтайский Ю.М. Техника физического эксперимента.', Издательство КГУ, 1970, Из-е II, перераб. и дои.

"44. Алтайский Ю.М., Айвазова Л.С., Сидякин В,Г. Фет^приемник. А.с N 510880 с приоритетом от 3.12.73.

45. Алтайский Ю.М., Авраменко С.ф.,. Гусева О.А., Киселев B.C. Электролюминесценция р-n переходов в кубическом карбиде кремния. ФТП, 13.10.1979, с. 1978

46. Алтайский Ю.М., Баранов В.В., Шемякип В,А. Светодиод. А.с. N 671600, 1979.

47. Алтайский Ю.М., Зуев В.Л., Рыбипа Э.И. Инфракрасная полоса электролюминесценции в р-n переходах, полученных .-.пффузпей бора в SiC-3C, ФТП, т. 10, в. 3, 1976.

48. R.Kaplan, W.I. Moore, J.A.Freitas, Altaiskii Yu.M. W.L.Zuev, L.M.Ivanova. Honor Excitation Spectra in 3C-SiC. Phys. Conf. N 137. Chap. 3.207-210

49. R.Kaplan and W.J.Moore, J.A.Freitas, Yu.M.Altaiskii and V.L.Zuev, L.M. Ivanova, Electron cyclotron rosonans in cubic SiC. Inst. Phys. Coni. Ser. N 137. Chapter 3, Paper presented at the 5 th Si С Related Materials ConsJ. Washington DC. ii=93

50. V/.E.Cartas, J.A.Freib- Jr., J,C.Pa?ik, L.M.Ivanova, Yu.M .Altaiskii and V.L.Zuev. Electron Spin resonance studies of doners in bulk and thin film -SiC. Mat.Res. Soc. Syrap. Proc. Vol 330, 1994.

51. W.J.Moore, R.Kaplan, J A.Freitas, Jr. Yu.M.Altaiskii, V.L.Zuev and L.M.Ivanova, Properties of cristolling 3C-SiC Grown, fiom methyl trichlosilane.Mat. Res. Syrap. Proc. Vol. 339. 1994.

52. W.J.Moore, P.J.Lin-Chung, J.A.Freitas, Yu.M,Altaiskii, V.L.Zuev, L.M.Ivanova, Nitrogen donor excitation spectra in 3C-SiC. Physical Review B.V.48, N 16,15 october 12209-12-291.

53. E.N.Kane Energ Band Struucturo in p-type Germanium and silicon. I.Phys Chen Solids 82, 1956.

54. A.N.Kan Theory of the Infraved Alsorption of Carriers in Germanhim and Silicom Phys Rev, 97-1647, 1955.

55. Блатт Ф. Теория подвижности электронов. физмаггиз 163, с. 224,

56. Евстронов В.В,, Линьков И.Ю., Морозенко Я.В., Пику с Ф.Г, Фотолюминесценция компенсированного SiC-6H, ФТП 28, 1994, в.б, 969-978.

57. Zanmarchi G. Luminescence of aluminium centuure cubic SiC depen dence of recombination rates on the intensivity of the ligh excitation. I, Phys. Chen. Solid 29,1727-1736, 1968.

58. W.W.Gartner Defection-Layer Photoeffects in Semiconductors, Phys. Rev. V. 116, N 1, 1959, p. 84.

59. Водаков Ю.А. Докторская диссертация, Ленинград, 1968 "Карбид кремния как материал для светодиодов и выпрямителей".

60. Алтайский Ю.М., Киселев B.C. Вентильный фотоэффект в структурах на базе кубического карбида кремния. 1MPOPSS, 1989. р.70, Abstract.

ВИСНОВКИ РОБОТИ

1. Детальне досл!джешш температурних залежностей рухливосхх i часу релаксацн цшслотронного резонансу дозволили: 1птко визначити мехахпзм розоюваиня в слабко - (розсхювання на n'E3oiioTemiiaAi i акустцчних фононах) та пошрно легованих (додатково на ОГ13 юшзоваЕГИХ домишках) монокристалах 3C-SiC. При цьому величина електрошхо! рухливосп склала 1020 см /В с для 300 К та 90000 см /Вс для 30 К.

2. Комплексом досмджень оптичного поглинания, фотоефекту та передпробшно! люмкпсценци доведено, що форма смути иоглинаши в обласп внутрщшьозонних переход!« (3,1 еВ) мае симетричний вид, для пояснения ягсого висуиуто припущення суперпозицн переходш в pi3inix долинах поблизу X точки,

3. Методами анаМзу проведених електричш1х, онгичхшх та радюахектроскотчних видпрювань надана оценка поздоижно! О,7т0 та поперечно! 0,2б1щ ефективно! маси елекгрону.

4. 3 комплексу елеиричшхх, охггичних та люмиисцептних BiiMipJouaiib оцхнено глибини залягахтя основшгх домнпкових iieinpiB в SiC-3C азот-0,054 еВ, др1бний донор i 0,048 еВ, R-цетр (акцептор) 0,02 ± 0.007 еВ, алюмшш - 0,25 еВ кисень - 0,ЗеВ, глибокий донор 0,55 еВ, акцептор, ооумовленнн бором 0,35 еВ, бор 0,65 еВ, глибош цетри 0,9 -1,15 еВ.

5. Вперше проведет вишрювання фундамеиголыюго поглинашш в д1апазон1 хемператур 300-1200 К. З'ясовано, що OKpiM мтжзонного та екситохшого мехатзму поглинання, починаючи з температур 700 К, включаюхься додатковх мехашзми, мабуть, внутршшьоцентрового характеру.

6. Вперше в крисгалах 3C-SiC спостерггався сигнал ЕПР, обумовлеккй донором азоту i донором неведомо! природи, визначет д -фактор та стала тонко! структури.

7. Виявлена i дослзджена крайова високогемххераутрна люмшесценцхи в д1апазош температур 77-1000 К. Показано, г о вона

складаеться з двох смут: А - обумовлеяа анншлягцею екситотв 1 В -зв'язана з учаспо гллыгих носив, 1 птидкод^ею майже 10В с-1.

8. Одночасно з Р.Занмарч! (5?) виявлена в кристалах домкгпсова люгашсценг!1я 1 досиджена температурна залежшсть ферми 1 пггенсивносп основних смуг. Проведена оцшка глибин залятання основних домшгок.

9. Розвинута загальна модель релаксаци екситонного вдатромшювання, зв]дки виплизае висновок про незалежтсть в!д домшжового складу стало! часу.

10. Виявлепа р1зка залежнюгь форми та амплггуди спектру фотопров1дноггп В1д обробки поверхт моиокрисгалу. Зроблеш оцштси игоидкосп поверхнево! рекомбшацп.

Розвинуп нов1 комплексш методи досмдження стащонарних та "ганетичпнх характеристик фотопров^дносп. Визначеш параметри та концентрагря основних рекомбшацшних це!ггр1в та центр1в прилипания,

11 Розроблено 1 розвинуто комплекс технолопчних метод!в створенни неоднор1дних структур (мжровплавления, днфузй', етггаксц. ютто! шплантацп, впрощування з газово! фази, МДН-технологн).

Викопагго монтаж, модершзацио та наладку обладпаиня для гмплаптатдп азоту, аргону та алгомшжз на основ1 установки 1ЛУ-2.

12. Розроблена узагальнена модель дифузшного приближения подвтно!" гажекцц, яка дозволяе отримати аналгтчний вираз для вольт-амперно! характеристики, який максимально збнаеться з точким для асиметричних структур,

13. 1гггерггретац1я прямо!" та зворотньо! г1лки ВАХ р1зйих р-п переходов проведена з припущекням домшуючо! роМ тунелыгох та тунельно-рекомбшацшних тоюв.

14. Показано, що шляхом змши глибини залятання р-п переходт при використант вентильного режиму робота! можливий зсув максимуму фоточутливосп 2,5 еВ для 400 мкм до 3,8 еВ для 0,3 мкм.

15. На баз1 основних уивлень теори подвито! щжекгщ розвинуто модель пр ото! а гатя фотоструму для випадку фронтального осв1тлення трьохшарових структур, а також розподглу носив складових струму Д поля.

16. З'ясовапо, що в фотодюдному режим в залежносп в1д структури переходу можлива реамзагря характеристик для такого режиму струм1в лшшних ВАХ, яга в ряд! випадюв закпгчуготься паси че гатям. Висловлено припущення, що в останкьому випадку на

' тунельний сгрум накладуеться струм фотогенерацп, в випадку вагомого нахилу В1д запропонованого змйцення — суттева роль ви-пку, пов'язаного з тунелюванням або наявшстю дефекта структури.

17. Досл^дження спектру домциково! фотопров!Дносп показало наявшсть акцепторов з глибинами залягашш: 0,25(А1); 0,65(В) та глибоких центров 1,15 еВ; 0,8 еВ 1 глибокого донора 0,55 еВ.

18. Детально досл^джено ¡нжекцшний режим робот фогогфекгу, Всгановлено, . що найбичьш . ефекгипним с пикорисгатш

сллбкопоглинаючого сштла, коли, дякуючи учасп . в процеса фотогенераци максимального числа елеменпв дюдно! сгруктури, реал1зуеться найб1льш ефективне збирашот носив. Розвинуто теоретичпу Модель шжекцшного режиму, яка дозволила пояснит складну форму В АХ, отримати максимально/ (до ЗОа/Вт)

фОТОЧуТЛИВ1С1Ъ.

19. Виявлено та пояснено в св1тл! уявлекь про 6/1 антляцио екснто!пв ефект сутгево1 в1дмшносп в квантовому ьиход1 крайового вигфомниовання р1зних шрам!д росту монокристалш ЗС-Б^С.

20. АнаМз даннх фотоелектричш1х досл^джень показав, що саме комплекс таких досл!джень дае найбьльш повну шформацио про структуру р-н переходу, про мехашзмн явищ, та вЦбуваються, та роль кожно1 з часгин дюдно'( сгруктури в генераци воаш, ди поля та переносу ст—уму.

21. Анализ особлнвостей ампер та вольт-яскравих характеристик дозволяе отримати шформаццо про иш внпромииовашш (власно! або домшжово! рекомбшаци), про р1вень збуджешш, локалгзаццо випромшювання, а також детали розпод1лу екситошв та однору,носп обласп випромшювання.

22. Анамз форми 1 розшр1в вищ>омшюючо1 новерхш при р1з(шх типах емигеру дозволяе гадати про природу випромдновання, наявшсть екситошю! дцфузи та цро и параметри.

23. Анализ спектру випромнповання, огср1м дискримшаци мехашзм!в випромшювання, дозволив визначити наявшсть домццково! та ексигон-цлазмово! взаемодй при великш густиш струму, (1п-т = 2,38еВ).

24. Анализ кзнетики випрочиповашш дозволив шдтвердити модель екситошю! релаксацп 1 безпосередньо оциштн сталу зв'язувоння екситошв у, = 10~м см'см-1.

25. Виявлено, що структури, отримаш при введет як акцептор алюмшзю, забезнечують максимально високий еих1д випромшювання з максимумом в обласп! 680 нм.

26. Показано, що у дюдпих структурах з бором як акцептор, окрш мехаМзму випромгшовшшя донорио-акцепторних пар (обумовлених азотом, киснем, ваканоями) при температурах внп,^* 900 К спостерггаетъся аномальна смута Ьут - 1,5еВ, яка з ростом температури перемицусться в КХ-область та змешнуе свою нашвширину.

27. На баз1 проведених досл1джень проведено розробку ряду нашБпров)дникових прилад1в, язи видшпоться високою стаб1льтстю, великим сгроком роботи, високою терм5чною, хйнчною та протирад1ац1йною спйистю, шдвищеними робочими температурами.

28. На основ! монокристалдчних зразюв ЗС-вЮ були розроблеш термо 1 фото-датчики, високотсмпературщ люмшофори з вище описаними власшвостями.

29. Створення дюдыих структур дозволило розробити та виготовити досл1дш парти та впровадити високотемпературш шшра:>шгп, фотодюдя та фотоперетаорювач! висохсо! чутлшюсп, у — датчики та свнлодюди рхзних тыгаа, в тому мнем мульшкольорош та 31 змшюваним кольором сзптшня.

30. Виерше розроблено та введено в практику: зелеипй св1тлодюд, з грагагпто високою яскрдвктго 10° кд/м, чистотою кольору Дд = 20 им та стабммпспо ±3% за 10000 год.

31. Розроблеш та впроцаджецни нов] тпгга н/п прилад1в — опорш св1тлодюдп з високою тсрмостабгльшспо.

32. Розроблеш 1 впроваджеш: шпацшшш, омлульсний та егалоншш (по спектру) свплодюд, бш атокапалышй вгшромшкзвач жоптого кольору з максимально високою гусгапою шформацп.

Алтайский Юрий Михаилович "Фнанко—технические основы создания полупроводгагковых приборов и элементов огггоэлектроники на основе кубического карбида кремния"

АННОТАЦИЯ

В работе представлены физико-технические основы создания п/п приборов и элементов опто-электроники ни основе кубического карбида кремния, Исследованы основные свойства исходных кристаллов БЮ-ЗС, эффекты переноса, механизмы рассеяция электронного и примесного спектра, кинетика ьеравновесных процессов. Разработаны основные методы изготовления диодных структур в (диффузия, эпитаксия, вллавление, ионная

имплантация, МДП-структуры технология).

Исследованы основные процессы в диодных структурах (механизмы протекания тока, структура узких и протяженных р-п переходов, механизмы фогогенерлции и тукнелирования, распределение экситонов при аннигиляции). Разработаны новые тишл и виды приборов на основе Й1С: термо- и фотодатчики, фотоприемники, светоизлучатели предельно высокой яркости и высокой чистоты цвета для систем многоканальных отображений и записи информации, опорные и имитационные и импульсные многоцветные светодиоды, матрицы и линейки.

Altaiskij Yury Michailovich "Physico-technical principes oi the semiconductor', and optoelectronics element development on the base cubic silicon carbide".

' Abstract. ■

The physico-technical principles of development, semiconductors devisic and optoelectronic elements on the base cubic silicon c.trbul wos represented. The fundamental propertieses of backgraund raatiridl S;03C (translate effects, scattering mechanisms, electronic and impurity spe^Lrum, uneguilibrum processic kmetik) was investigated.

The dioden manufacturing base metods (diffusion, epitaxy, alloiyng, ion-implantation, MDS technology) was developed. The fundamental processes in dioden structures - strom mechanismes in wide and narow p-11 junction, tunneling and photogeneration, photo carriens cocentratioh distributin, the exciton emitting and anihilation nature - was investigated, The new divisch kinds and construction on the dfse SiC wes developed. The same thermo and photosensors, the LED,S with limit high brightness and spectrum narrow for multichannel recording and representation information systems; the imitation, basic, impulss, multycolour LED.S, the LED,S lines and serecus.

Ключевые слова: инжекция, ток, генерация, эксиюн, светодиод

32

ГЩп. до друку 11.01.96. Формат 60X84/16. Патр друк. № 2. Друк. офсетний. Умовн. друк. арк. 1,86. Умоан. фарбо-вщб. 1,97. Облш.-вид. арк. ,2,0. Тираж 100. Зам. 6-77.

Ф!рма «В1ПОЛ». 252151, Ки'ш, вул. Волннська, 60.