1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования
  4. № 10, 2023

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 10, стр. 103-112

Исследование морфологии и электрических свойств структур на основе гетероперехода монокристаллический Si/микрокристаллический ZnO

А. Р. Семенов a, *, В. Г. Литвинов a, Т. А. Холомина a, **, А. В. Ермачихин a, Н. Б. Рыбин a

a Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина
390005 Рязань, Россия

* E-mail: sem-a-sem@mail.ru
** E-mail: marta.tap@yandex.ru

Поступила в редакцию 14.01.2023
После доработки 15.03.2023
Принята к публикации 15.03.2023

Аннотация

Представлены результаты экспериментального исследования морфологии поверхности пленок оксида цинка и электрических свойств структур на основе гетероперехода монокристаллический Si/микрокристаллический ZnO. Проведен анализ структуры пленок оксида цинка, выращенных в атмосферах аргона и кислорода, получено распределение по размеру выращенных на ее поверхности нановолокон. Проведено моделирование вольт-фарадных характеристик гетероструктур In/ZnO/n-Si/Al и Au/ZnO/n-Si/Al. На основе проведенных расчетов и сопоставления экспериментальной и модельной зависимостей были определены концентрация свободных носителей заряда в образце и положение уровня Ферми, выявлено наличие в системе фиксированного заряда, найдена плотность поверхностных состояний исходя из соотношения приложенного к системе напряжения и поверхностного потенциала на границе раздела слоев. Рассчитана величина встроенного поверхностного заряда. Исследована взаимосвязь материала верхних контактов с вольт-фарадными и вольт-амперными характеристиками системы. Рассчитано сопротивление сформированных пленок оксида цинка. Обсуждены преобладающие механизмы переноса заряда. Выявлена эмпирическая зависимость поверхностного потенциала кремния от приложенного к структуре напряжения. Проанализировано влияние технологических режимов получения пленок оксида цинка, полученных методом спрей-пиролиза, на строение поверхности, эффективную емкость структуры, плотность электронных состояний, процессы переноса носителей заряда в образцах под действием электрического поля.

Ключевые слова: морфология поверхности, растровая электронная микроскопия, ZnO, гетероструктура, механизмы переноса носителей заряда, вольтамперная характеристика, вольт-фарадная характеристика.

Список литературы

  1. Pintilie L., Pintilie I. // Mater. Sci. Eng. B. 2001. V. 80. Iss. 1–3. P. 388. https://www.doi.org/10.1016/s0921-5107(00)00605-x

  2. Kaidashev E.M., Loren M.Z., von Wenckstern H., Rahm A., Semmelhack H.-C., Han K.-H., Benndorf G., Bundesmann C., Hochmuth H., Grundmann M. // Appl. Phys. Lett. 2016. V. 82. Iss. 22. P. 3901. https://www.doi.org/10.1063/1.1578694

  3. Lashkova N.A., Maximov A.I., Ryabko A.A., Bobkov A.A., Moshnikov V.A., Terukov E.I. // Semiconductors. 2016. V. 50. Iss. 9. P. 1254. https://www.doi.org/10.1134/S106378261609013X

  4. Захвалинский В.С., Голев И.М., Борисенко Л.В., Прокопова Т.В., Хмара А.Н., Пилюк Е.А., Колесников Д.А. // Известия РАН: Сер. физическая. 2016. Т. 80. № 9. С. 1218. https://www.doi.org/10.7868/S0367676516090556

  5. Исмаилов Д.В. Наноструктурированные слои и тонкие пленки на основе оксида цинка: Дис. ... канд. техн. наук: 01.04.07. Томск: ТПУ, 2018. 158 с.

  6. Sekar N.K., Gumpu M.B., Ramachandra B.L., Nesakumar N., Sankar P., Babu K.J., Krishnan U.M., Rayappan J.B.B. // J. Nanosci. Nanotech. 2018. V. 18. № 6. P. 4371. https://www.doi.org/10.1166/jnn.2018.15259

  7. Davidova M., Laposa A., Smarhak J., Kromka A., Neykova N., Nahlik J., Kroutil J., Drahokoupil J., Voves J. // Beilstein J. Nanotech. 2018. V. 9. P. 22. https://www.doi.org/10.3762/bjnano.9.4

  8. Catellani A., Calzolari A. // Materials. 2017. V. 10. Iss. 4. P. 332. https://www.doi.org/10.3390/ma10040332

  9. Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. М.: Высшая школа, 1977. 448 с.

  10. Muller R.S., Chan M., Kamins T.I. Device electronics for integrated circuits, 3rd Ed. Wiley India Pvt. Limited, 2003. 560 p.

  11. Sze S.M. Physics of Semiconductor Devices. N.Y.: Wiley-Interscience, 1981. 880 p.

  12. Ellmer K., Klein A., Rech B. ZnO and its applications. // Transparent Conductive Zinc Oxide. V. 104. Springer Berlin, Heidelberg, 2008. 446 p. https://www.doi.org/10.1007/978-3-540-73612-7

  13. Литвинов В.Г., Семенов А.Р., Холомина Т.А., Ермачихин А.В., Рыбин Н.Б., Громов Д.Г. // Вестник РГРТУ. 2018. Вып. 66-2. С. 9. https://www.doi.org/10.21667/1995-4565-2018-66-4-2-9-14

  14. Semenov A.R., Litvinov V.G., Kholomina T.A., Ermachikhin A.V., Rybina N.V., Gromov D.G., Oleinik S.P. // Investigating and modeling high frequency C–V characteristics of zinc oxide-based heterostructures. 7th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO), Budva, Montenegro, 2018. P. 1. https://www.doi.org/10.1109/MECO.2018.8405999

  15. Pearson K. // Proceedings of the Royal Society of London. 1895. V. 58. Iss. 347. P. 240. https://www.doi.org/10.1098/rspl.1895.0041

  16. Pearton S., Norton D.P., Ip K., Heo Y.W., Steiner T. // Prog. Mater. Sci. 2005. V. 50. Iss. 3. P. 293. https://www.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2004.04.001

  17. Gromov D.G., Koz’min A.M., Shulyat’ev A.S., Polomoshnov S., Bogolyubova D.N., Shamanaev S.V. // Semiconductors. 2013. V 47. № 13. P. 1687. https://www.doi.org/10.1134/S1063782613130083

  18. Майселл Л., Глэнг Р. Технология тонких пленок. Справочник. Т. 2 / Перевод с англ. под ред. М.И. Елинсона, Г.Г. Смолко. М.: Сов. радио, 1977. 768 с.

  19. Тутов Е.А., Тума Ф.А., Кукуев В.И. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2006. Т. 8. № 4. С. 334.

  20. Семенов А.Р., Голованова М.В., Литвинов В.Г., Громов Д.Г., Олейник С.П., Холомина Т.А., Ермачихин А.В. // Вестник РГРТУ. 2019. Вып. 70. С. 179. https://www.doi.org/10.21667/1995-4565-2019-70-179-189

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал