автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Методы обработки емкостных характеристик для определения параметров арсенидгаллиевых микроструктур с барьером Шоттки

РГ6 од

"'*•'' На правах рукописи

Малеев Николай Анатольевич

МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЕМКОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ АРСЕНИДГАЛЛИЕВЫХ МИКРОСТРУКТУР С БАРЬЕРОМ ШОТТКИ

Специальность: 05.27.01 - твердотельная электроника, микроэлектроника

и наноэлектроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург -1997 г.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном электротехническом университете

Научный руководитель -

кандидат фнз.-мат. наук, доцент Кокорев М.Ф.

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук., профессор Романов О.В.

кандидат те.чн.наук., доцент Миронов В.А.

Ведущая организация - Физико-технический институт

на заседании диссертационного совета К063.36.10 Санкт-Петербургского Государственного электротехнического университета по адресу: 197376, г.Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета

им. А.Ф.Иоффе РАН

Защита состоится

в

часов

Автореферат разослан"

года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Семенов Н.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Полупроводниковые приборы с выпрямляющим контактом металл-полупроводник (барьером Шоттки) широко применяются в быстродействующей электронике. Повышение рабочих частот требует уменьшения барьерной емкости, в связи с чем для современных диодов (ДБШ) и полевых транзисторов (ПТШ) на основе арсенида галлия (СаАя) используются барьерные электроды с размерами от единиц до нескольких десятых мкм. Переход к субмикронным топологическим размерам влечет за собой использование активных слоев толщиной в сотни нм, причем широко применяются многослойные эпитаксиальные структуры со ступенчатыми профилями легирования, в которых масштабы пространственных неоднородностей становятся сопоставимыми с дебаевской длиной экранирования Улу

Для анализа влияния конструктивных изменений и параметров технологического процесса на характеристики приборов, верификации прямых математических моделей и решения задач синтеза приборных микроструктур требуется развитие метрологических методов, позволяющих с достаточной точностью определять субмикронные топологические размеры и параметры тонких, неоднородно легированных активных слоев. При этом в ряде случаев необходимы неразрушающие методы исследования. Здесь одно из перспективных направлений связано с использованием тех или иных приборных характеристик для определения параметров приборной микроструктуры. Для таких обратных задач, где по внешним проявлениям производится структурная и параметрическая реконструкция исследуемого объекта, характерна инверсия причинно-следственных связей, что в общем случае приводит к их математической некорректности.

Емкостные методы исследования параметров полупроводниковых микроструктур, основанные на обработке низкочастотных вольт-фарадных характеристик (ВФХ), сочетают неразрушающий характер, относительную простоту экспериментальной реализации и хорошо поддаются автоматизации. Они применяются для отыскания параметров эквивалентной схемы диодов и транзисторов, определения профилей легирования (так называемое С-У профилирование), исследования свойств контактов металл-полупроводник и гетеропереходов,

определения концентрации и параметров глубоких уровней и др. Однако, в ряде случаев (С-У профилирование ступенчато легированных структур, анализ емкостных характеристик субмикронных СаЛэ ПТ1Н и др.) возможности их использования в классических вариантах ограничены. В то же время, предложенные в последние годы варианты ,С-У профилирования, основанные на методах обратного математического моделирования и пригодные для анализа структур с резко неоднородными профилями легирования, носят формализованный характер и требуют больших затрат вычислительных ресурсов. Это обусловлено использованием в них процедур многомерной оптимизации и квазистатического метода численного моделирования ВФХ, который неадекватен стандартной физической реализации емкостных измерений и порождает принципиальные вычислительные трудности. Что касается развития методов исследования емкостных свойств субмикронных ОзАб ПТШ, то здесь в основном используются СВЧ измерения, а подходы, основанные на анализе низкочастотных ВФХ, опираются на весьма упрощенные модельные представления.

Таким образом, в области разработки неразрушающих методов исследования параметров арсенидгаллиевых микроструктур с барьером Шоттки, основанных на низкочастотных емкостных измерениях, существует ряд актуальных проблем.

Цель работы состояла в создании методов обработки низкочастотных вольт-фарадных характеристик арсенидгаллиевых микроструктур с барьером Шоттки, позволяющих определять ряд их важнейших параметров. При этом решались следующие задачи:

1. Разработка модели для описания емкостных свойств неоднородно легированных полупроводниковых структур с барьером Шоттки и основанной на ней эффективной методики численного моделирования.

2. Исследование принципиальных возможностей и ограничений С-У профилирования для случая ступенчато легированных структур.

3- Разработка емкостных методов определения ступенчатых профилей легирования с субдебаевским пространственным разрешением.

4. Разработка метода определения длины затвора и составляющих затворной емкости для субмикронных СаАв ПТШ.

В работе получены следующие научные результаты;

1. Разработана модель барьерной емкости полупроводниковых структур с барьером Шогпси, основанная на анализе пространственного распределения модулируемого заряда. Модель позволяет получать соответствующие уравнения дня расчета емкости и ее производных по напряжению интегральным методом.

2. Предложена система нормировки, связанная с плазменными параметрами полупроводника, которая обеспечивает наглядную форму представления результатов и оптимальные значения коэффициентов уравнений при их численном решении.

3- Проведено рассмотрение принципиальных возможностей и ограничений С-У профилирования применительно к ступенчато легированным структурам.

4. В явном виде установлена связь между реальным и "кажущимся" профилями легирования,

5. На основе анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований низкочастотных емкостных свойств субмикронных ваАэ ПТШ предложен метод, позволяющий экспериментально определять отдельные составляющие затворной емкости и длину затворного электрода.

Практическая ценность .

1. Предложен метод численного моделирования ВФХ и классической процедуры С-У профилирования, устраняющий необходимость численного дифференцирования и обеспечивающий снижение вычислительных затрат в 3-5 раз (для одномерной задачи) при сохранении заданной точности. Метод пригоден для реализации на персональной ЭВМ.

2. Установлено, что дифференцирование зависимости "кажущегося" профиля от напряжения позволяет с субдебаевским пространственным разрешением определить положение границ слоев. На этой основе разработан эффективный метод определения ступенчатых профилей легирования ваЛв микроструктур.

3. Разработан неразрутнающий метод определения дайны затвора и составляющих затворной емкости ОаАя ПТШ, основанный на измерениях низкочастотной ВФХ затворного и тестового ДБШ. Он обеспечивает оперативное измерение длин затворов до 0,3 мкм при

расхождении с результатами РЭМ не более 20% и пригоден для субмикронных ОаЛй ПТШ и гетероструктурных полевых транзисторов.

4. Разработанные методы за последние 4 года успешно использованы в 2-х научно-исследовательских и 4-х опытно-конструкторских работах, проводимых в АОЗТ "Светлана-Электронприбор" и АОЗТ "Ольвия" и направленных на создание новых типов СВЧ диодов и полевых транзисторов, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. При емкостных измерениях модулируемый заряд преимущественно локализован в пределах пространственной области плюс-минус три среднеквадратических отклонения от своего среднего положения, При постоянстве профиля легирования в пределах указанной области применимо классическое С-У профилирование.

2. В приближении взаимно однозначного соответствия множеств координат реального профиля легирования и координат положений максимумов пространственного распределения модулируемого заряда, "кажущийся" профиль легирования представляет собой отображение реального профиля в пространство координат, задаваемое вольт-фарадной характеристикой.

3- Для определения длины затвора и отдельных составляющих затворной емкости с точностью не хуже 20% достаточно измерений вольт-фарадных характеристик затворного и тестового диодов с барьером Шоттки.

Апробация работы. Полученные результаты использованы в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах АОЗТ "Светлана-Электронприбор" и АОЗТ "Ольвия", проводимых при участии кафедры радиотехнической электроники СПбГЭТУ и лаборатории квантоворазмерных гетероструктур ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН, что подтверждается соответствующими актами о внедрении, а также в рамках конкурсов грантов Госкомвуза РФ по фундаментальным исследованиям в области радиоэлектроники и радиотехники. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XII Всесоюзной научно-технической конференции по твердотельной электронике СВЧ (г.Киев, 1990 г.), семинаре "Перспективные элементы СВЧ" (гЛенинград, 1991 г.), 3-ем и 5-ом международном семинарах "Моделирование приборов и технологий" (г.Обнинск, 1994 и 1996 гг.),

международном симпозиуме "Наноструктуры: физика и технология" (С.Петербург, 1996), международной конференции Advansed semiconductor devices and microsystems (Smolenice, Slovakia, 199б), а также ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ (1993-1997).

НуШгшшции. По теме диссертации опубликованы 11 печатных работ, в том числе 1 работа опубликована в журнале "Микроэлектроника", 1 работа в журнале "Solid State Electronics", 3 работы в "Известиях ГЭТУ" и б работ в трудах конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 146 наименований и приложения. Основная часть работы изложена на 125 страницах машинописного текста. Работа содержит 62 рисунка и 13 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы как с научной, так и с прикладной точек зрения, Кратко сформулирована цель работы и решаемые задачи. Изложены основные результаты и представляемые к защите положения.

Первая глава носит обзорный характер и посвящена рассмотрешпо опубликованных результатов по разработке неразрушающих методов определения параметров приборных микроструктур с барьером Шоттки, в первую очередь основанным на низкочастотных емкостных измерениях. Рассматриваются типичные конструкции и профили легирования сверхвысокочастотных ДБШ и ПТШ на основе GaAs.

Сопоставляются основные методы определения профилей легирования тонких полупроводниковых структур: вторичная ионная масс-спектрометрия, измерение сопротивления растекания точечного зонда, специальные варианты холловских измерений и C-V профилирование. Указываются ряд преимуществ последнего метода и анализируется ограничения его классического варианта для неоднородно легированных структур. Рассматриваются альтернативные варианты C-V профилирования, основанные на обратном математическом моделировании, и анализируются их недостатки, ведущие к большим затратам вычислительных ресурсов. Делается вывод

о необходимости использования численных методов для моделирования ВФХ неоднородно легированных структур и рассматриваются проблемы, возникающие при их реализации. Проводится анализ работ, посвященных выявлению связи "кажущегося" и реального профилей легирования.

Рассматриваются основные подходы к проблеме определения длины затворного электрода в субмикронных ПТШ. Сопоставляются возможности растровой электронной микроскопии (РЭМ), методов, основанных на анализе параметров высокочастотной эквивалентной схемы и методов, использующих низкочастотные емкостные измерения. Анализируются опубликованные подходы к проблеме учета краевой емкости и указывается на их ограниченную применимость при анализе реальных приборных микроструктур.

На основе обобщения результатов проведенного анализа конкретизируется цель работы и основные решаемые задачи. Во второй главе представлена предлагаемая модель барьерной емкости и разработанная на ее основе методика численного моделирования.

Непригодность классической теории барьерной емкости, основанной на приближении полного обеднения, дня анализа структур с характерными масштабами изменения профиля легирования ~ А© вызывает необходимость использования численных методов моделирования ВФХ. Наиболее широко применяется так называемый квазистатический подход, при котором барьерная емкость С (на единицу площади) для заданного напряжения смещения V вычисляется как

СО/) = сК^/ёУ = [(23(У>(25(У+ДУ)]/ЛУ, где заряды на единицу площади и <35(У+ЛУ) рассчитываются на

основе численного решения уравнения Пуассона для двух близких напряжений смещения V и У+АУ. Квазистатический подход носит формальный характер и порождает серьезные проблемы из-за некорректности процедуры численного дифференцирования.

Предложенная модель барьерной емкости основана на анализе стандартной измерительной процедуры, при которой к барьерному электроду совместно прикладываются постоянное обратное напряжение смещения и переменное синусоидальное напряжение с малой амплитудой. Для обеспечения наглядной записи уравнений и удобства представления результатов предложена система нормировки, связанная не с физико-топологическими параметрами структуры (уровнем

легирования, длиной и т.д.), а с плазменными параметрами для рассматриваемого полупроводника. Нормировочные константы для потенциала, длины, концентрации и удельной (поверхностной) емкости имеют вид:

ип = кТ / е , гп = е / ееоип , Ип=1/ гп3 , Сп = ее0/ . Данная нормировка с учетом характерных значений параметров рассматриваемых микроструктур обеспечивает значения коэффициентов решаемых уравнений в диапазоне от 10-3 до юЗ, что повышает устойчивость численных методов.

Полагая, что во всех точках структуры амплитуда переменного сигнала и(г) существенно меньше теплового потенциала кТ/е, задача может быть линеаризована. В этом случае расчет барьерной емкости сводится к последовательному решению нелинейного уравнения Больцмана-Пуассона

СШ2/С1^ = п(2) - Н0(2)

и линеаризованного уравнения Больцмана-Пуассона

с!ц2 /&г2 - Пе^г)и(г) = 0. Здесь и далее уравнения записаны для нормированных величин. Смысл обозначений следующий: ¡Мо(2),и(2),п(г) - профиль легирования структуры, распределения потенциала и свободных электронов, и(г) -распределение амплитуды возмущения потенциала, п^г) - эффективная плотность модулируемых носителей заряда, учитывающая модуляцию концентрации электронов и ионизованных доноров (в случае статистики Максвелла-Больцмана и полной ионизации доноров п^г) = п(у,)). После решения указанных уравнений вычисляется барьерная емкость

СОО =}псЯ(г)У)и(2!У)с12.

о

Здесь Ь - полная толщина полупроводниковой структуры. Введем в рассмотрение пространственное распределение объемной плотности модулируемого заряда п^т^и^У) и его плотность вероятности

РСе,\0 = псП<7,,У)и(2!У) / С(\0, подчиняющуюся условию нормировки

I.

¡р(г, У)йг = 1.

о

В работе показано, что эта функция подчиняется линейном у дифференциальному уравнению второго порядка с переменными коэффициентами, в конечном счете зависящими от профиля

легирования и приложенного к барьерному электроду напряжения смещения, т.е. р(г,\9 несет в себе информацию о профиле легирования. При заданном обратном смещении первый абсолютный момент для р(г.) дает среднее положение модулируемого заряда

I.

<г> = = МС = ¡р(,

о

а второй центральный момент - его дисперсию

Г> = Л,2= }р(г)(г-\У)2а2 .

о

При этом среднее квадратическое отклонение лс} (в общем случае не совпадающее с дебаевской длиной Ац) определяет характерный масштаб пространственной нелокальности емкостных измерений, а основная часть модулируемого заряда локализована в интервале ^ 2 < 'ЭД'+З

Расчеты для различных ступенчато легированных структур показывают, что на однородно легированных участках форма р(г,У) сохраняется неизменной и отличается от гауссовской (рис.1).

О 2 4 6 8 10 2, не

Рис.1. Эволюция р(г,У) и "кажущийся" профиль для п+/п структуры ( 1,2,...8 соответствуют увеличению обратного смещения)

Сформулирован следующий вывод: однородно легированной с точки зрения емкостных свойств (т.е. характера участка ВФХ вблизи данного

значения V) может считаться область структуры, в которой ND(z)=const на интервале пространственной локализации модулируемого заряда. При этом "кажущийся" уровень легирования совпадает с реальным. Предложенный в диссертационной работе подход позволяет вычислять dC/dV интегральным способом. При этом практически не требуется дополнительных вычислительных затрат, а точности вычисления емкости и ее производной по напряжению близки, что обеспечивает эффективное моделирование процедуры C-V профилирования.

Описанный алгоритм расчета C(V) и dC/dV реализован в программе BSCap (Barrier Schottky Capacitance). Нелинейное и линеаризованное уравнения Больцмана-Пуассона решаются методом конечных разностей на неоднородной сетке. Устойчивость решения нелинейного уравнения даже при плохом начальном приближении обеспечивается применением модифицированного метода демпфирования, а для повышения скорости сходимости используется метод верхней релаксации. Предложенный метод моделирования позволяет существенно (в 3-5 раз для одномерной задачи) снизить вычислительные затраты по сравнению с квазистатическим подходом. Третья глава непосредственно посвящена анализу возможностей и ограничений методики C-V профилирования для случая тонких, ступенчато легированных GaAs структур с барьером Шоттки, а также разработке методов определения ступенчатых профилей легирования с субдебаевским пространственным разрешением по глубине.

В ранее опубликованных работах было показано, что определяемый стандартными соотношениями

W = i , Na (W) =

С " (ЗС/с!У

концентрационный профиль, получивший название "кажущегося", не совпадает ни с исгиным профилем легирования Тчт0Гг), ни с пространственным распределением свободных электронов п(;г). Был сделан вывод, что он представляет собой результат некоторого усреднения реального профиля легирования на промежутке а

пространственное разрешение по глубине для С-У методики составляет величину несколько длин Дебая. Разработанная во 2-ой главе методика численного моделирования позволила провести систематическое исследование особенностей С-У профилирования применительно к ступенчато легированным структурам.

С точки зрения функционального анализа, классическое С-У профилирование ведет к отображению ВФХ, измеряемой в координатном пространстве "напряжение-емкость", на "кажущийся" профиль, определяемый в координатном пространстве "среднее положение-концентрация". Приближению полного обеднения отвечает б - образное распределение объемной плотности модулируемого заряда, пространственно локализованное в точке Таким образом,

классическое С-У профилирование предполагает изоморфность (т.е. взаимно однозначное соответствие двух множеств, сохраняющее порядок следования элементов) координатного множества 2, относительно которого задается реальный профиль легирования, координатному множеству средних положений модулируемого заряда №. Однако при отличной от нуля температуре распределение модулируемого заряда имеет конечную дисперсию и форму, отличную от равновесной (см. рис.1). Поэтому каждая точка ВФХ обусловлена свойствами всей области локализации модулируемого заряда, а для измерения при заданном напряжении нам непосредственно доступна только величина емкости (т.е. величина

Анализ распределения модулируемого заряда и наличие эффективного метода численного моделирования позволили предложить модель, в явном виде устанавливающую связь "кажущегося" профиля легирования с реальным. Ее ключевым моментом является предположение изоморфизма координатному множеству г множества

образуемого пространственными положениями максимумов распределения объемной плотности модулируемого заряда при различных напряжениях смещения. Такой постулат основан на представлении о том, что точка является границей двух

характерных областей: прилегающей к барьеру с преобладающим влиянием барьера Шотгки, и относительно удаленной области, в которой доминирует влияние внутренних неоднородностей профиля легирования структуры. Поскольку теперь в качестве определяемой величины выступает положение то № оказывается функцией от него. Рассуждения, аналогичные используемым при выводе соотношений классического С-У профилирования, приводят к соотношению

= х Мар^оУ™)),

в явном виде связывающему реальный и "кажущийся" профили легирования. Численное моделирование для ряда ступенчато

легированных структур показывает адекватность предложенной модели (рис. 2).

N „<«,„)

А

1 \\

\

/ \

/

............. г Ч,

0 2 4 6 г,\/Чт1М,

Н. Е,

Рис.2. Связь "кажущегося" и реального профилей легирования

Таким образом, "кажущийся" профиль легирования представляет собой отображение реального профиля в пространство координат, задаваемое вольт-фарадной характеристикой. Следовательно его, наряду с ВФХ, можно использовать при построении вариантов С-У профилирования, основанных на методах обратного математического моделирования.

Анализ принципиальных возможностей методов С-У профилирования на примере ступенчато-легированных п-СаАв структур с одиночной границей, проведенный с использованием численного моделирования, позволяет сделать следующие выводы :

1) с помощью емкостных измерений практически невозможно различить ступенчато легированные структуры, отличающиеся только шириной переходного слоя, если она на превышает области пространственной локализации модулируемого заряда при совпадении его среднего положения с границей слоев;

2) С-У профилирование имеет высокую чувствительность к изменению положения границы слоев, даже если оно не превышает которая возрастает по мере увеличения различия в уровнях их легирования,

Далее в главе 3 описана эффективная методика определения ступенчатых профилей легирования, основанная на сочетании

обработкн результатов классического С-У профилирования с методами обратного математического моделирования и позволяющая с субдебаевским пространственным разрешением определять положение границ слоев. Основная идея состоит в дифференцировании "кажущегося" профиля, построенного в координатах "напряжение-концентрация". По экстремальным точкам зависимости сМар/с1У определяются напряжения смещения У|, соответствующие моментам, в которые выполняется условие

где Ь]- координаты границ слоев, \ = 1,2,...к, к - общее число границ слоев. На рис.3 в качестве примера приведены расчетные результаты для структуры с профилем легирования, изображенным на рис.2.

сШар

Рис.3. Пример определения положения границ по зависимости Ыар(У)

Напряжениям Уь-Уг= - 45 и Уь-У2= - 135 соответствуют значения 2,54 и 1Л?2= 3,51, с субдебаевским разрешением совпадающие с положениями границ слоев Ь1=2,5 и Ь2=3,5. Начальные приближения для уровней легирования слоев определяются из "кажущегося" профиля и уточняются с использованием оптимизационных методов. Для дифференцирования экспериментальной ВФХ апробировались несколько подходов; элементарное численное дифференцирование, построение сплайна экспериментальной ВФХ, а также предварительное сглаживания ВФХ методом регуляризации по Тихонову.

Четвертая глава посвящена разработке метода определения длины затвора и отдельных составляющих затворной емкости для субмикронных ОаАй ПТШ, основанного на измерениях низкочастотных ВФХ затворного диода для "холодного" ПТШ (т.е. при отсутствии напряжения сток-исток). Затворная емкость представляется в виде суммы трех компонентов: емкости канала, связанной с модуляцией заряда в прямоугольной области под затворным электродом, краевой емкости и паразитной емкости контактных площадок, не зависящей от напряжения смещения. Опубликованные результаты численного моделирования показывают, что краевая составляющая затворной емкости "холодного" ПТШ при небольших обратных смещениях слабо меняется по сравнению с емкостью канала. Предполагая, что последняя пропорциональна удельной барьерной емкости (на единицу площади), получаем соотношение для определения длины затвора:

Ч = [СёОО-С5(У-ЛУ)] / Wg[Cb(V)-Cb(V-ДV)], где Cgi Сь - измеренные затворная и удельная барьерная емкости для двух близких напряжений смещения V и У-ДУ, 'Л'д - общая ширина активных частей затвора ПТШ. Зависимость Сь(У) определяется из измерений на тестовом ДБШ. Для отыскания паразитной емкости контактных площадок используются измерения ВФХ набора однотипных тестовых транзисторов с разными После определения и

паразитной емкости площадок можно найти зависимости отдельных составляющих затворной емкости от напряжения смещения.

Экспериментальное апробирование методики проводилось для структур субмикронных ОэЛб ПТШ и полевых транзисторов на гетероструктурах с селективным легированием (ПТ ГСП). Приборы имели различные профили легирования, топологию и длину затвора в диапазоне 0,3-2,0 мкм. Для сравнения на ряде образцов проводились измерения с использованием РЭМ. Результаты приведены в табл.1. Отличие для двух методов не превышает 20%. При этом найденные зависимости отдельных составляющих затворной емкости "холодных" ПТШ от напряжения смещения хорошо соответствовали расчетным.

Таблица 1. Сопоставление результатов определения длины затвора

Тип прибора Ьд по предл. методике измер. на РЭМ

ваЛв ПТШ 1,12 ±0,03 мкм 1,01 ±0,05 мкм

ПТГСЛ 0,53±0,03 мкм 0,43±0,05 мкм

ваЛв ПТШ 0,48 ± 0,02 мкм 0,37 ± 0,05 мкм

В пятой главе приводятся примеры использования предложенных методов в разработках СВЧ диодов и полевых транзисторов с барьером Шоттки. На этапе проектирования для расчета ВФХ приборных микроструктур применялась программа ВБСар, а при определении их параметров использовались методы, описанные в гл. 3 и 4. В качестве примера на рис.4 приведены экспериментальные результаты определения ступенчатых профилей легирования для эпитаксиальных структур СаАх ПТШ.

N¡3, см-3 З.ОхЮ17

г-Ох-ю'7

1.0x1017

О 1000 2000 3000 \л/, А

Рис.4, Сопоставление методов С-У профилирования

В отличие от классического подхода предложенная методика позволяет найти параметры реальных профилей легирования Ы^Сг), Из полученных прикладных результатов можно выделить следующие:

1) разработка конструкции и технологии изготовления сверхрезких варакторных диодов, обеспечивающих перестройку частоты в транзисторных генераторах 3-х см диапазона с нелинейностью < 5% ;

2) оптимизация конструкции и технологии изготовления ОаАй ПТШ средней мощности с точки зрения выбора параметров эпитаксиальных структур и конфигурации затворной области для повышения однородности крутизны, пробивного напряжения затвора и снижения паразитных компонентов затворной емкости;

- 153) разработка малошумящих гетероструктурных полевых транзисторов 3-х см диапазона на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlGaAs с коэффициентом шума менее 1 дБ и коэффициентом усиления 10 дБ (при длине затвора 0,5 мкм).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложена модель барьерной емкости полупроводниковых структур с барьером Шоттки, позволяющая адекватно описывать их емкостные свойства при произвольных профилях легирования.

2. Разработан и программно реализован на персональной ЭВМ эффективный алгоритм численного моделирования ВФХ и производных барьерной емкости по напряжению смещения интегральным методом, обеспечивающий выигрыш по затратам времени в 3-5 раз по сравнению с традиционным квазистатическим подходом.

3. Проведено систематическое исследование метода C-V профилирования применительно к ступенчато легированным структурам.

4. Предложена модель, в явном виде связывающая реальный и "кажущийся" профили легирования.

5. Разработан эффективный метод определения параметров ступенчатых профилей легирования, основанный на сочетании обработки результатов класического C-V профилирования и оптимизационных процедур, который обеспечивает возможность определения пространственного положение границ слоев с субдебаевским разрешением.

6. Разработана неразрушающая методика определения длины затвора и составляющих затворной емкости для субмикронных GaAs ПТШ и гетероструктурных полевых транзисторов, основанная на измерениях низкочастотных ВФХ затворного и тестового диодов.

7. Предложенные методы успешно использованы при разработках СВЧ диодов и полевых транзисторов с барьером Шоттки.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кокорев М.Ф., Малеев H.A. Экспериментальное исследование и численное моделирование вольт-фарадных характеристик гетероструктур с селективным легированием //XII Всесоюзн. научно-

техн. конференция по твердотельной электронике СВЧ:Тезисы докл. -Киев,1990. - С.37.

2. Малеев Н.А., Преснов В.И. Исследование статических характеристик полевых транзисторов на гетероструктурах с селективным легированием // Перспективные элементы СВЧ:Материалы краткоср. семинара - Ленинград, 1991. - С.51-56.

3. Кокорев М.Ф., Малеев Н.А. Численное моделирование зонной диаграммы и расчет вольт-фарадных характеристик гетероструктур с селективным легированием // Известия ЛЭТИ. - 1991. -Вып,434. - С.31-35.

4. Kokorev M.F., Maleev N.A. Extraction of GaAs-MESFET abrupt doping profiles from numerical treatment of capacitance-voltage measurements // The Third Int. Conf. on simulation of devices and techn. : Abstracts. -Obninsk, Russia,1994. - P.53-54.

5. Устинов B.M., Егоров А.Ю., Жуков A.E., Копьев П.С., Красник В.А., Малеев Н.А. Модулированно-легированные гетероструктуры для маяошумящих СВЧ-транзисторов, созданные методом молекулярно-пучковой эпитаксии // Микроэлектроника. - 1994. - Т.23,Вып.4. - С.13-18.

6. Кокорев М.Ф., Малеев Н.А. Определение уровня легирования полупроводниковых структур со сверхтонкими слоями // Известия ТЭТУ. - 1994. - Вып.470. - С. 18-24.

7. Kokorev M.F., Maleev N.A. A new approach to the determination of gate length and other parameters of GaAs MESFETs and MODFETs // Solid State Electron. - 1996. - Vol. 39, №2. - P.297-302.

8. Kokorev M.F., Maleev N.A. Comparision of numerical techniques for the modelling of the Schottky barrier capacitance // The Fifth Int. Conf. on simulation of devices and techn. : Proceedings. - Obninsk,Russia, 1996.- P.28.

9. Kokorev M.F., Maleev N.A., Ustinov V.M., Egorov A.Yu., Zhukov A.E. A nanometer resolution C-V profiling for MBE-grown multi-layer step doped structures // Int. Symp. Nanostructures: physics and technology : Abstracts. -St.Petersburg, 1996. - P.161-164.

10. Kokorev M.F., Maleev N.A. A new technique for the Schottky barrier capacitance numerical modelling and its application to the design of hyperabrupt varactors // Int. Conf. Advanced semiconductor devices and microsystems: Abstracts. - Smolenice Castle, Slovakia, 1996.

11. Кокорев М.Ф., Малеев Н.А. Кинетическая теория барьерной емкости микроструктур с контактом металл-полупроводник // Известия ГЭТУ. - 1996. - Вып.494. - С.28-36.