Саралиев Т.А. к.ф.м.н. , Ережепов Н.Р магистрант.

УДК 621.38.032
Саралиев Т.А. к.ф.м.н. , Ережепов Н.Р магистрант.
ТарГУ им М.Х. Дулати.
Высокотемпературные стабилитроны на основе фосфида галлия полученной
методом газофазной эпитаксией .
Полупроводниковые приборы – стаблитроны , отличаются от обычных диодных
структур одним существенным обстоятельством: поскольку основной рабочий режим
стабилиатрона лежит в области лавингного пробоя, ударная ионизация должна обладать
неразрушающим характером /1/. Как известно, успехи технологии поучения кремниевых
стаблитронов основываются на высокой степени однородности (вдоль плоскости р-п –
перехода) профиля электричесого поля. Тем не менее на основе GaP, материала по
сравнению с кремниевым достаточно, неоднородного, удалось получить структуры,
устойчиво работающие в области ударной ионизации на постоянном токе.
Типичные вольт – амперные характеристики подобных структур представлены на
рис.1. В отличие от диодных структур описанных в предыдущем параграфе, напряжение
начала ударной ионизации (т.е. напряжения стабилизации Uz) слабо зависит от толщины
нелегированного n0 – слоя, а в большей степени определяется процентным содержанием
цинка; для всех обследованных структур этот параметр лежал в диапазоне 10-80В. До
пробойная область характеризуется малым значениями тока утечки, по порядку
величины сравнительными с аналогичным параметром «магниевых» диодов. В области
стабилизации дифференциальное сопротивление претерпевает скачок на 5 порядков ( с
107 до 100 Ом), причем низкоомная область наблюдается в токовом диапазоне 0,5-10 ма
без заметного изменения. При дальнейшем увеличения напряжения наблюдается
постепенные выполаживание
ВАХ без проявления какого-либо признаков
неустойчивости или скачков. Такое поведение наблюдается до напряжения порядка 150200В (что соответствует току ~ 100 ма), пока не поступит фаза вторичного
«разрушающего» пробоя, по внешним признаком аналогичного робою диодов.
Качественный анализ роли цинка, присутствием которого обязаны ВАХ этих
структур своими особенностями, дает основания предположить, что обладая достаточно
большим значениям коэффициента диффузии, он создает специфический профиль,
который впоследствии деформирует профиль электрического поля в направлении
увеличения его градиента U, приближая р–п - переходов к резкому; это в свою очередь
лимитирует ширину области ударной ионизации, препятствуя возникновению процесса
спонтанного локального саморазогрева. Характерно, что в этом случае присутствие цинка
не приводит к возрастанию токов утечки, по всей видимости, связано с его
незначительным количеством.
Ширина области обьемного заряда при предпороговых значениях напряжений
(измеренная методами электронной микроскопами в режиме тока) составляет 0,5-1,5 мкм,
что соответствует максимальному значению напряженности поля в точках измерения 2- 5
105 В /см.
Рис.1. Вольт – амперные характеристика стабилитрона
Установлено, что метод ГФЭ в системе Ga-PCI3 –H2 обеспечивает возможность
получения особо чистых п0 – слоев, имеющих низкую концентрацию мелких фоновых
доноров, создавая, тем самым, предпосылки получения термостойких приборов с р-ппереходом. /2/.
Иccледование параметров GaP – приборов в экстремальных температурных режимах
является ключевым моментом всего предыдущего комплекса исследований и в
некоторой степени, итоговой фазой, завершающей проделанный цикл работ и способный скорректировать дальнейшие исследования и разработки.
Рис.2.
изображающий
характеристики
дифференциального
стабилитронных структур в различных температурных режимах.
сопротивления
Таким образом, имея плотность менее чем 10-2 а / см2, эта величина приблизилась
к своему теоретическому пределу ( 10-4 – 10-3 а/см-2) /2/, очевидно, остаточные доноры
обеспечивают ту компоненту тока термогенерации, которая и является причиной
подобного расхождения.
Прямая ветвь ВАХ диодов изменяется
крайне незначительно, проявляясь в
уменьшении дифференциального сопротивления Rд линейного участка в 1,5-2 раза. На
некоторых структурах наблюдалось не монотонная зависимость R д от температуры, что,
очевидно, связано с проявлением эффектов конкуренции двух разнонаправленных
процессов: падения подвижности носителей с температурой – с одной стороны, и
возрастания тока термогенерации - с другой стороны.
Видоизменение ВАХ с температурой для стабилитронных структур имеет свой
особенности: в то время как поведения токов утечки аналогично диодному случаю,
наблюдается также и возрастание порогового
направления Uz ,что связанно с
уменьшением длины свободного пробега носителей относительно оптических фононов
(вследствие возрастания их концентрации) – основного фактора , характеризующего
энергетические потери, что в конечном итоге приводит к необходимости увеличения
электрического поля для инициации лавинного процесса.
Зависимость порогового напряжения от температуры
характер и может быть аппраксимирована формулой:
носит простой линейный
Uz = Uz ( Т0 ) | 1+ β ( Т - Т0 ) |
где Т0 = 250С. В том диапазоне напряжений, для которого были получены стабилитронные
структуры, коэффициент β остался положительным и практически постоянным; его
величина - 0,1. Тот факт, что коэффициент β оказался положительным, является
характерным критерием ударно ионизационного характера пробоя (в отличие, например,
от туннельного, имеющего отрицательный температурный коэффициент ).
Частотные свойства диодов, с повышением температуры, как и следовало ожидать,
тоже несколько ухудшаются, однако уменьшение граничной частоты с 50 мгц до 10 мгц
не препятствует работоспособности этих приборов в ближней части β диапазона.
Исследования конкретной стабилитронных структур при Т = 500 0С заканчивались,
обычно в течение 1 -2 –х часов, и за это время никаких видимых изменений в их
параметрах не происходило; однако были проведены специальные долговременные
испытания
стабилитронов на термоустойчивость и термостабильность при 4500 С в
течения длительного времени – порядка 50 часов. Заметного изменения в их параметрах
обнаружено не было.
Таким образом, проведенные измерения, исследования и испытания, позволяют
надеяться на возможность создания целой серии приборов, обеспечивающих потребности
в термостойких радиоэлектронных и других электронных устройствах.
Литература
1. Жиляев Ю.В., Панютин Е.В., Сералиев Т.А. Исследование параметров
высокотемпературных стабилитронов. Всесоюзная
научно-техническая
конференция
«
Создание
комплексов
электрического
оборудования
высоковольтных преобразовательных и сильноточной техники».ВДНХ,25-27
ноября 1986, М.1986,с.70-75.
2. Жиляев Ю.В., Панютин Е.В., Сералиев Т.А.Оптическая диагностика особо чистых
слоев фосфида галлия. VII Всесоюзная конференция по процессам синтеза и роста
полупровдниковых кристаллов и пленок. « Новосибирск июнь 1986». Новосибирск
июнь 1986.
Аннотация
Технологические эксперименты, связанные с бинарным магний – цинковым
легированием областей р – типа , нашли свое практическое воплощение в получении
новой для фосфида галлия разновидности диодных структур.