Investigation of Morphology and Electrical Properties of Structures Based on the Heterojunction Monocrystalline Si/Microcrystalline ZnO

A. R. Semenov; Семенов А. Р.; V. G. Litvinov; Литвинов В. Г.; T. A. Kholomina; Холомина Т. А.; A. V. Ermachikhin; Ермачихин А. В.; N. B. Rybin; Рыбин Н. Б.

doi:10.31857/S1028096023100199

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

Авторы: Семенов А.Р.¹, Литвинов В.Г.¹, Холомина Т.А.¹, Ермачихин А.В.¹, Рыбин Н.Б.¹
Учреждения:
1. Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина
Выпуск: № 10 (2023)
Страницы: 103-112
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/1028-0960/article/view/141034
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023100199
EDN: https://elibrary.ru/GFTPXE
ID: 141034

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

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

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
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
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
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
Исмаилов Д.В. Наноструктурированные слои и тонкие пленки на основе оксида цинка: Дис. ... канд. техн. наук: 01.04.07. Томск: ТПУ, 2018. 158 с.
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
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
Catellani A., Calzolari A. // Materials. 2017. V. 10. Iss. 4. P. 332. https://www.doi.org/10.3390/ma10040332
Орешкин П.Т. Физика полупроводников и диэлектриков. М.: Высшая школа, 1977. 448 с.
Muller R.S., Chan M., Kamins T.I. Device electronics for integrated circuits, 3rd Ed. Wiley India Pvt. Limited, 2003. 560 p.
Sze S.M. Physics of Semiconductor Devices. N.Y.: Wiley-Interscience, 1981. 880 p.
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
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
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
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
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
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
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.
Тутов Е.А., Тума Ф.А., Кукуев В.И. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2006. Т. 8. № 4. С. 334.
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