ИСТИНА

В лаборатории углеродных материалов кафедры физической электроники физического факультета были получены экспериментальные результаты, касающиеся получения гетероструктур с толстой и тонкой диэлектрической плёнкой и измерения их вольт-амперных характеристик. Целью моей работы являлось проведение теоретического анализа этих результатов и выяснение механизма переноса электронов в одинаковых гетероструктурах, отличающихся только толщиной оксидного слоя. Для описания неидеальной структуры гетероструктуры с толстой плёнкой была использована эквивалентная схема в виде последовательно соединённых границы раздела полупроводник-диэлектрик, описываемой формулой Ричардсона-Дэшмана с введённым параметром неидеальности, и углеродной плёнки, имеющей постоянное сопротивление. Был разработан подход, позволяющий определить такие параметры структуры, как сопротивление плёнки, коэффициент её неидеальности и высоту потенциального барьера на границе раздела. Его результаты совпали с обработкой, выполненной при помощи подхода, описанного в работе [1], но не требуют введения дополнительных функций и исходят из различных приближений. Согласно полученным данным, высота потенциального барьера на границе раздела металл-диэлектрик составила В, параметр неидеальности n = 2.4, сопротивление слоя R = 14 кОм. Рис. 2. ВАХ гетероструктуры с толстым слоем диэлектрика и её аппроксимация Для гетероструктуры с тонкой плёнкой оксида титана обнаружен эффект отрицательной дифференциальной проводимости, то есть уменьшение силы тока при увеличении прикладываемого напряжения при напряжениях смещения выше 3 В, наблюдается падение проводимости вплоть до 4.5 В. Следует отметить, что этот эффект наблюдался нами при комнатной температуре. Отрицательная дифференциальная проводимость в структурах подобного типа наблюдалась при низких температурах [2]. Для объяснения полученных экспериментальных результатов был проведён анализ литературы, из которого были определены основополагающие подходы к объяснению наблюдаемых результатов. Их можно разделить на 3 типа: • Первый подход связан с эффектами, которые наблюдаются при высоких напряжённостях электрического поля. • Второй подход - проводимость с участием различных резонансных состояний в запрещённой зоне • Третий подход основан на описании электронного транспорта в полупроводниках с неоднородной степенью легирования. В нашем случае (структура титан - тонкий слой оксида титана - углерод) наиболее вероятным является механизм переноса электронов через дефектные уровни в тон-ком оксиде титана, находящиеся в запрещённой зоне. Нелинейные транспортные свойства подобных гетероструктур объясняют следующими эффектами: а) Одноэлектронные эффекты [3] б) Прыжковая проводимость [4] в) Резонансное туннелирование электронов с участием дефектных уровней в запрещённой зоне [5] Литература 1. Extraction of Schottky diode parameters from forward current-voltage characteristics. S. K. Cheung, N. W. Cheung. Appl. Phys. Lett. 49(2), 85–87 (1986). 2. Resonant tunnelling and fast switching in amorphous-carbon quantum-well structures, S. Bhattacharyya, S. J. Henlay, E. Mendoza, L. Gomez-Rojas, J. Allam, S. R. P. Silva. 3. Сканирующие туннельные микроскопия и спектроскопия аморфного углерода. В.И. Иванов-Омский, А.Б. Лодыгин, С.Г. Ястребов. Физика и техника полупро-водников, 2000, том 34, вып. 12. 4. Отрицательное диффененциальное сопротивление в области прыжковой прово-димости в кремнии. Д. И. Аладашвили, 3.А.Адамия, К.Г. Лавдовский, Е.И. Левин, Б.И.Шкловский. Письма ЖЭТФ, 117М 47, вып. 8, стр. 390 – 392. 5. Tunneling current from a metal electrode to many traps in an insulator. Doo Seok Jeong, Cheol Seong Hwang. Physical Review B 71, 165327 s2005d.