Напружена кристалічна решітка n-Si за наявності домішки фосфору

Abstract

Успішне застосування гетеропереходів у різних пристроях зумовлене здатністю технології епітаксії вирощувати напівпровідникові матеріали з узгодженою структурою решітки одна на одній практично без пасток на границі поділу. Тому актуальним є вивчення (дослідження) характеристик (параметрів, поведінки) напівпровідникових матеріалів зумовлених деформаціями кристалічної решітки і деформаційних змін їх властивостей при наявності домішок. Це може надати важливу інформацію при моделюванні гетероструктур і успішному застосуванні гетеропереходів (напруженої гетероепітаксії) у створенні різних пристроїв з прогнозованими властивостями. При деформації кристалічної решітки кристалів n-Ge і n-Si важливою характеристикою є параметр анізотропії рухливості K. Для достатньо чистих кристалів n-Ge сукупність кривих ρX/ρ0 = f(Х) для різних температур у випадку Х || j || [111] характеризується в області температур T > 120 K по суті єдиним значенням плато ρ∞/ρ0, яким визначається величина параметру анізотропії рухливості. Для коректного визначення параметра K в n-Si у подібних випадках експериментальні дані за поздовжнім п’єзоопором необхідно доповнити результатами вимірювань поперечного п’єзоопору. В роботі комплексно досліджено особливості змін електрофізичних параметрів при деформації кристалічної решітки, що відрізняють германій і кремній n-типу, пов’язані з неадекватністю механізмів розсіювання в цих кристалах для напруженої гетероепітаксії. Встановлено, що в кристалах n-Si при 78 K значення параметрів анізотропії рухливості і розсіювання електронів при малих концентраціях донорної домішки, тобто в умовах переважання розсіювання на акустичних фононах, як і в n-Ge, можна надійно визначити за даними лише поздовжнього п’єзоопору. При концентраціях же легуючої домішки, які забезпечують змішане розсіювання, а також при підвищенні температури для коректного визначення параметра K у n-Si необхідні вимірювання як поздовжнього, так і поперечного п’єзоопору в області насичення кривих ρ = ρ(Х).The successful application of heterojunctions in various devices is due to the ability of epitaxy technology to grow semiconductor materials with a well-matched lattice structure on top of each other practically without traps at the interface. Therefore, it is relevant to study (investigate) the characteristics (parameters, behavior) of semiconductor materials caused by deformations of the crystal lattice and deformation changes in their properties in the presence of impurities. This can provide important information in modeling heterostructures and successful application of heterojunctions (strained heteroepitaxy) in creating various devices with predicted properties. In the development of electronic devices, the main attention is paid to the three most-important semiconductors: silicon (Si), germanium (Ge) and gallium arsenide (GaAs). Silicon has been studied extensively and widely used in commercial electronics products. When the crystal lattice of n-Ge and n-Si crystals is deformed, the mobility anisotropy parameter K is an important characteristic. For sufficiently pure n-Ge crystals, the set of curves ρX/ρ0 = f(Х) for different temperatures in the case of Х || j || [111] is characterized in the temperature range T > 120 K by essentially a single plateau ρ∞/ρ0 value, which determines the value of the mobility anisotropy parameter. For the correct determination of the parameter K in n-Si in such cases, the experimental data on the longitudinal piezoresistance must be supplemented with the results of measurements of the transverse piezoresistance. The work aims to comprehensively investigate the features of changes in electrophysical parameters during crystal lattice deformation, which distinguish germanium and n-type silicon, associated with the inadequacy of scattering mechanisms in these crystals for strained heteroepitaxy. It was found that in n-Si crystals at 78 K, the values of the parameters of the anisotropy of electron mobility and scattering at low concentrations of the donor impurity, i.e. under conditions of dominance of scattering on acoustic phonons, as in n-Ge, can be reliably determined from the data of the longitudinal piezoresistance only. At concentrations of the doping impurity that provide mixed scattering, as well as with increasing temperature, for the correct determination of the parameter K in n-Si, measurements of both the longitudinal and transverse piezoresistance in the saturation region of the ρ = ρ(X) curves are necessary.