Электрические свойства контактов Ni-GaAs, получаемых методом электролиза

   Цель. Контакты металл – полупроводник составляют основу современной твердотельной электроники.

   В представленной работе целью является исследование электрических свойств контактных структур Ni-GaAs, полученных электрохимическим методом.

   Основной задачей являлось изучение влияния типа примеси и степени легирования полупроводниковых кристаллов на вольт-амперные характеристики контактов металл – полупроводник.

   Методы. Объектом исследования выбраны никелевые контакты к кристаллическому арсениду галлия, полученные капельным электрохимическим методом.

   Для практического изготовления контактных структур металл – полупроводник использовался раствор Уоттса в режиме малых плотностей токов. С помощью сканирующей туннельной микроскопии изучена топография поверхности образованных пленок. Электрические параметры полупроводников определены контактными методами ван дер Пау. Учет сопротивления растекания тока в области контактов учитывался посредством аналитического решения уравнения Лапласа с краевыми условиями Неймана на границах.

   Результаты. Получены и проанализированы экспериментальные ВАХ исследуемых контактов Ni-GaAs. С использованием математической модели распределения потенциала в области образцов и экспериментальных данных вычислены сопротивления контактов никель – арсенид галлия и построены их вольт-амперные характеристики. Представлены энергетические модели контактов металл – полупроводник в случае невырожденного и вырожденного GaAs, поясняющие электрические свойства полученных структур.

   Заключение. Показано, что полученные контактные структуры Ni-p-GaAs на основе невырожденных полупроводников проявляют омические свойства, а вольт-амперные характеристики контактов Ni-n-GaAs имеют нелинейную область, характерную для диодов Шотки. Полученные электрохимические контактные структуры Ni-GaAs с полупроводниками с различным типом примесей при концентрации носителей выше 10²⁵ м^-3 имеют только линейные вольт-амперные характеристики, то есть проявляются омические свойства.

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

2. Rudan M. Physics of semiconductor devices. New York: Springer New York, 2015. 649 p. doi: 10.1007/978-1-4939-1151-6.

3. Blank T.V., Gol’dberg Y.A. Mechanisms of current flow in metal-semiconductor ohmic contacts // Semiconductors. 2007. Vol. 41, no. 11. P. 1263–1292. doi: 10.1134/S1063782607110012.

4. ToF-SIMS analysis of Au/Ge/Ni Ohmic Contacts for n GaAs / A. Prado, A.L. Manzano, L. Alarcon, O. Grizzi, H. Pastoriza // 24^th International Conference on Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS-24). La Rochelle, 2024. 1 p. doi: 10.13140/RG.2.2.12869.87528.

5. Electrical and optical properties of schottky diodes fabricated by electrodeposition of Ni films on n-GaAs / M. Haciismailoglu, M. Ahmetoglu, M. Haciismailoglu, M. Alper, T. Batmaz // Sensors and Actuators A: Physical. 2022. Vol. 347. P. 113931. doi: 10.1016/j.sna.2022.113931.

6. Shur M. Physics of Semiconductor Devices. Prentice Hall, 1990. 680 p.

7. Lebedev M.V. Modification of the atomic and electronic structure of III–V semiconductor surfaces at interfaces with electrolyte solutions (Review) // Semiconductors. 2020. Vol. 54. P. 699–741 p. doi: 10.1134/S1063782620070064.

8. Phase formation between Ni thin films and GaAs substrate / R. Selma, C. Perrin, S. Zhiou, M. Benoudia, M. Texier, K. Hoummada // Scripta Materialia. 2017. Vol. 141. P. 28-31. doi: 10.1016/j.scriptamat.2017.07.011.

9. Electrochemical formation and surface topography of Nickel nanofilms on Copper / V.V. Filippov, S.E. Luzyanin, D.A. Bakeev, M.B. Smirnov // 2022 4^th International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA). Lipetsk: IEEE, 2022. P. 770-774. doi: 10.1109/summa57301.2022.9973884.

10. Au/Ni-Au as a contact for p-type GaAs / S. Jones, E. Bancroft, S. Jarvis, M. Hayne // Semiconductor Science and Technology. 2024. Vol. 39, is. 12. P. 12501. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6641/ad8df7.

11. Bari G.A. Electrodeposition of Nickel // Modern Electroplating / ed. by M. Schlesinger, M. Paunovic. 5^th ed. New York: John Wiley & Sons, 2010. P. 79-111. doi: 10.1002/9780470602638.ch3.

12. Nickel Plating Handbook. Toronto: Nickel Institute, 2022. 104 p.

13. Условия формирования и топология поверхности никелевых нанопленок на меди / В.В. Филиппов, С.Е. Лузянин, Е.С. Нефедова, Д.В. Токарева // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 11, № 3. С. 59–76.

14. Chen J. Introduction to scanning tunneling microscopy. 3^rd ed. Oxford: Oxford University Press, 2021. 496 p. doi: 10.1093/oso/9780198856559.001.0001.

15. Логинов Б.А., Логинов П.Б., Логинов В.Б. Зондовая микроскопия: применения и рекомендации по разработке // Наноиндустрия. 2019. Т. 12, № 6. С. 352-365. doi: 10.22184/1993-8578.2019.12.6.352.364.

16. Filippov V.V., Mitsuk S.V., Luzyanin S.E. Measuring the resistance of metal-semiconductor contacts produced by drop electrochemical method // 2^nd International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency, (SUMMA) 2020. Lipetsk: IEEE, 2020. P. 871-875. doi: 10.1109/SUMMA50634.2020.9280818.

17. Филиппов В.В., Лузянин С.Е., Мицук С.В. Методы решений уравнений Лапласа и Пуассона применительно к электродинамике полупроводников. Липецк: Липец. гос. пед. ун-т имени П.П. Семёнова-Тян-Шанского, 2023. 86 c.

18. Filippov V.V., Mitsuk S.V. Modelling magnetoresistance effect in limited anisotropic semiconductors // Chinese Physics Letters. 2017. Vol. 34, no. 7. P. 077201. doi: 10.1088/0256-307X/34/7/077201.

19. Батавин В.В., Концевой Ю.А., Федорович Ю.В. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь, 1985. 264 c.

20. Шалимова К.В. Физика полупроводников. 4-е изд. СПб.: Лань, 2010. 384 с.

21. Божков В.Г. Контакты металл – полупроводник: физика и модели. Томск: Изд. дом Том. гос. ун-та, 2016. 528 с.