ВЛИЯНИЕ ОКСИДНОГО ПОКРЫТИЯ НА ФОТОПРОВОДИМОСТЬ СТРУКТУР МАКРОПОРИСТОГО КРЕМНИЯ

УДК.621.315.592
ВЛИЯНИЕ ОКСИДНОГО ПОКРЫТИЯ НА ФОТОПРОВОДИМОСТЬ
СТРУКТУР МАКРОПОРИСТОГО КРЕМНИЯ
Н. И. Карась, К. П. Конин, Д. В. Морозовская
Институт физики полупроводников им. В. Е. Лашкарева НАН Украины,
nikar@isp.kiev.ua.
Макропористый кремний является перспективным материалом микро- и
оптоэлектроники. Основным недостатком для применения пористого кремния в
оптоэлектронике является нестабильность его фотоэлектрических свойств. Для
повышения стабильности применяется пассивация поверхности структур
пористого кремния путем термического окисления. В данной работе
исследовано влияние оксидного покрытия на фотопроводимость структур
макропористого кремния для использования в качестве фотоприемников.
Исходным материалом был монокристаллический кремний c удельным
сопротивлением 4.5 Ом·см. Макропоры глубиной 100 мкм и диаметром 4 мкм
были сформированы методом электрохимического травления в растворе
фтористоводородной кислоты. Покрытие оксида кремния толщиной 7-30 нм
было сформировано методом сухого окисления. Омические контакты
наносились вакуумным напылением индия на торцевые поверхности структур.
Фотопроводимость,мкОм-1
40
4
30
20
10
0
3
-10
2
1
0
5
10
15
20
25
IСД , mA
Рис. 1 − Зависимость фотопроводимости макропористого кремния на длине волны 0,4
мкм от интенсивности освещения при разных толщинах оксидного покрытия: 1 –
“собственный оксид” (~3 нм), 2 – 7 нм, 3 – 15 нм, 4 – 30 нм.
Измерения фотопроводимости проводились при комнатной температуре с
нагрузочным сопротивлением, равным сопротивлению исследуемой структуры;
освещение проводилось на длине волны 0.4 мкм светодиодом при
перпендикулярном падении света на поверхность макропористого кремния
(рис. 1). Как видно из рисунка, фотопроводимость структур макропористого
кремния зависит от толщины оксидного покрытия, которое влияет как на
абсолютные значения фотопроводимости, так и на ее знак и характер
зависимости фотопроводимости от интенсивности освещения.
При увеличении толщины оксидного покрытия от 3 до 15 нм
отрицательная фотопроводимость уменьшается по абсолютной величине
(кривые 1-3) и переходит в положительную при толщине оксидного покрытия
30 нм (кривая 4). Отрицательная фотопроводимость структур макропористого
кремния без термического оксида кремния (кривая 1) исследовалась в работе
[1] и трактовалась как монополярная фотопроводимость в области
пространственного заряда, связанная с поверхностным прилипанием основных
носителей заряда на “медленных” поверхностных уровнях.
Изменение величины и знака фотопроводимости в данном случае при
увеличении толщины оксидного покрытия объясняется следующим образом. В
процессе окисления в термическом диоксиде кремния формируется
положительный фиксированный заряд Qf, локализованный в узком слое
диоксида толщиной около 2 нм, прилегающем к межфазной границе Si-SiO2 [2].
По мере роста толщины оксидного покрытия увеличивается его
положительный заряд [3], который компенсирует отрицательный заряд
“медленных” поверхностных уровней в результате прилипания на них
основных носителей заряда. Таким образом, по мере увеличения толщины
оксидного покрытия и компенсации отрицательного заряда уменьшается по
величине и отрицательная фотопроводимость (кривые 1-3), которая при
толщине оксида 30 нм переходит в положительную (кривая 4).
Таким образом, оксидное покрытие макропористого кремния позволяет в
широких пределах изменять его фотопроводимость. При этом меняется как
величина, так и знак фотопроводимости. Механизм изменения знака
фотопроводимости объяснено накоплением отрицательного заряда в кремнии и
накоплением положительного заряда в слое оксида кремния или на границе SiSiO2. При этом положительный заряд в SiO2 компенсирует отрицательный
заряд на “медленных” уровнях, что переводит отрицательную фотопроводимость в положительную.
ЛИТЕРАТУРА
1. Карась, Н. И. Отрицательная фотопроводимость в структурах макропористого
кремния / Н. И. Карась // Нові технології. – 2010. – № 1. – С. 118–123.
2. Александров, О. В. Модель образования фиксированного заряда в термическом
диоксиде кремния / О. В. Александров, А. И. Дусь // ФТП. – 2011. – Т. 45. – вып.4. –
С. 474–480.
3. Саченко, А. В. Фотоэффекты в приповерхностных слоях полупроводников /
А. В. Саченко, О. В. Снитко. – К.: Наукова думка, 1984. – 232 с.