Особенности электрических свойств ограниченных диффузионных полупроводников при контактных измерениях

Целью данной работы является исследование особенностей электрических свойств ограниченных полупроводников, а также влияния неоднородностей распределения примесей в анизотропных полупроводниках на структуру электрических полей при стандартных методах контактных измерений. Диффузионные и ионно-легированные полупроводниковые структуры, а также композиционные структуры с рассогласованностью решеток пленки и подложки являются в настоящее время перспективным классом материалов в микро- и наноэлектронике. Внедряя примеси в полупроводниковый кристаллический образец, мы тем самым изменяем его электрические свойства, что дает возможность уменьшать размеры отдельных компонентов микросхемы, сохраняя или увеличивая их мощность.
Методы. В работе исследованы известные зависимости распределений примесей при диффузионном легировании. Для расчета распределения потенциала использован метод Фурье, позволивший решить уравнение Пуассона с граничными условиями Неймана без приближений. Для анализа полученных выражений, характеризующих электрические поля в неоднородных полупроводниках, использовался математический пакет MathCad.
Результаты. Приведена методика решения краевой задачи для потенциала в ограниченных диффузионных полупроводниках. Представлены выражения в виде рядов аналитических функций для распределения электрического потенциала в проводящих анизотропных структурах. Построенные модели позволяют определять и качественно описывать распределения электрических полей при зондовых измерениях и исследовать их структуру в диффузионных полупроводниках.
Заключение. На основе проведенного компьютерного моделирования показана значимость учета параметров неоднородности проводимости. Показан и количественно определен эффект концентрирования линий плотности тока в диффузионных полупроводниках.

1. Sze S.M., Li Y., Ng K. K. Physics of semiconductor devices. 4th ed. New Jersey: Wiley, 2021. 944 p.

2. Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы. 9-е изд. М.: Лань, 2021. 480 c.

3. Свистова Т. В. Методы исследования материалов и структур электроники. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2013. 225 с.

4. Физические особенности формирования локальных субмикронных ионно-имплантированных областей / Г. Баранов, А. Итальянцев, Н. Герасименко, А. Селецкий // Наноиндустрия. 2018. Т. 11, № 6(85). С. 426–433. http://dx.doi.org/10.22184/1993-8578.2018.11.6.426.433.

5. Воротынцев В. М., Скупов В. Д. Базовые технологии микро- и наноэлектроники. М.: Проспект, 2019. 520 c.

6. Introduction to microelectronics to nanoelectronics. Design and technology / B. M. K. Majumder, V. R. Kumbhare, A. Japa, B. K. Kaushik. Boca Raton: CRC Press, 2020. 372 p.

7. Диффузия фосфора и галлия из напыленного слоя фосфида галлия в кремний / Н. Ф. Зикриллаев, С. В. Ковешников, Х. С. Турекеев, Н. Норкулов, Н. А. Тачилин // Физика твердого тела. 2022. Т. 64, №11. С. 1648–1655. http://dx.doi.org/10.21883/FTT.2022.11.53316.367.

8. Тилл У., Лаксон Дж. Интегральные схемы: Материалы, приборы, изготовление: [пер. с англ.]. М.: Мир, 1985. 504 с.

9. Диффузия легирующих примесей из полимерных диффузантов и применение этого метода в технологии полупроводниковых приборов. Обзор / Е. Г. Гук, А. В. Каманин, Н. М. Шмидт, В. Б. Шуман, Т. А. Юрре // Физика и техника полупроводников. 1999. Т. 33, № 3. С. 257–269. https://doi.org/10.1134/1.1187676.

10. Малкович Р. Ш. Математика диффузии в полупроводниках. М.: Наука, 1999. 388 с.

11. Аски Р., Рой Р., Эндрюс Дж. Специальные функции / пер. с англ. под ред. Ю. А. Неретина. М.: МЦНМО, 2013. 652 с.

12. Талипов Н. Х., Войцеховский А. В. Ионная имплантация в узкозонные твердые растворы CdxHg1-xTe // Известия вузов. Физика. 2018. Т. 61, № 6(726). С. 3–20. https://doi.org/10.1007/s11182-018-1490-7.

13. Филиппов В. В., Лузянин С. Е., Емельянов В. М. Моделирование электрических полей в неоднородных полупроводниках и композитных структурах при зондовых измерениях // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2019. Т. 9, № 3(32). С. 64–78. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42640857.

14. Гетеродиффузия ниобия, индия, олова при формировании двухслойных систем на монокристаллическом кремнии / Н. Н. Афонин, В. А. Логачева, Ю. С. Шрамченко, А. М. Ховив // Журнал неорганической химии. 2011. Т. 56, № 5. С. 821–825. https://doi.org/10.1134/S0036023611050020.

15. Афонин Н. Н., Логачева В. А., Ховив А. М. Перераспределение компонентов в системе ниобий-кремний при высокотемпературном протонном облучении // Физика и техника полупроводников. 2011. Т. 45, № 12. С. 1678–1680. https://doi.org/10.1134/S1063782611120025.

16. Луганский Л. Б., Цебро В. И. Четырехзондовые методы измерения удельного сопротивления образцов, имеющих форму прямоугольного параллелепипеда // Приборы и техника эксперимента. 2015. Т. 58, № 1. С. 122–133. https://doi.org/10.7868/S0032816215010206.

17. Бондаренко В. Б., Давыдов С. Н., Филимонов А. В. Естественные неоднородности потенциала на поверхности полупроводника при равновесном распределении примеси // Физика и техника полупроводников. 2010. Т. 44, № 1. С. 44–47. https://doi.org/10.1134/S1063782610010069.

18. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. М.: Физматлит, 2019. 656 с.

19. Webster A. Partial differential equations of mathematical physics. Second edition (Dover Books on Mathematics). New York: Dover Publications Inc. 2016. 464 p.

20. Voigtlander B. Scanning probe microscopy. Atomic force microscopy and scanning tunneling microscopy. Berlin: Springer, 2015. 382 p.

21. Лузянин С. Е., Филиппов В. В. Методика измерения электропроводимости диффузионнолегированных полупроводников и сопротивления контактов металл-полупроводник // Прикладная физика. 2022. № 6. С. 43–50. https://doi.org/10.51368/1996-0948-2022-6-43-50.

22. Черняк А. А., Черняк Ж. А. Математические расчеты в среде Mathcad. М.: Юрайт, 2023. 163 с.

23. Filippov V. V., Vlasov A. N. Probe measurements of the potential distribution in anisotropic semiconductor crystals and films // Russian Microelectronics. 2013. Vol. 42, no 7. P. 428–432. https://doi.org/10.1134/ S1063739712070190