用CV法研究锗硅量子阱结构的电学性质

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1、用C-V法研究锗硅量子阱结构的电学性质姓名：程佩红指导教师：黄仕华摘要：基于不同偏压范围内解析求解泊松方程，得到单量子阱结构电容-电压(C-V)特性的理论表达式。并采用迭代法数值求解泊松方程得到价带结构图及其随外加电压变化的规律，进而模拟得到锗硅量子阱结构在不同偏压下的载流子浓度分布和C-V特性曲线。继而讨论不同量子阱结构参数对C-V特性曲线的影响。关键词：锗硅量子阱;C-V法;迭代法ResearchonelectricalpropertiesofSi/Ge/Siquantum-wellstructuresbyC-VprofilingName:chengpeihongDirec

2、tor:huangshihuaAbstract:Thetheoreticalexpressionsofthecapacitance-voltage(C-V)characteristicsofasinglequantumwellarederivedinadifferentbiasvoltageregionsbasedonanalyticallysolvinganalyticallyPoisson’sequation.Moreover,basedonnumericallysolvingPoisson’sequationthroughiterativemethod,thevalenc

3、ebanddiagramandthechangelawfollowedwiththeappliedvoltagearederived,andthenthesimulationcarrierconcentrationprofilesindifferentbiasvoltageandtheC-VcharacteristicsofSi/Ge/Siquantum-wellstructuresarederived.Afterwards,thedifferentquantumwellparametersaffectontheC-Vcharacteristicsarediscussed.Ke

4、ysWords:Si/Ge/Siquantum-wellstructures;C-Vcharacteristics;iterativemethod引言1969年Esaki和Tsu提出半导体超晶格以来，Bean,Wang等先后在Si衬底上外延生长出了结晶完美、电学性质、光学性质良好的锗硅异质结、量子阱及超晶格材料。因为这种Si1-xGex/Si异质结构能与标准的硅工艺相兼容，加上合金除具有等离子体色散效应的特点外，还因其晶格常数、禁带宽度、折射率等随Ge组份x变化而变化，更加促进了人们对于锗硅材料及锗硅器件的研究。随着各种外延沉积生长技术的趋向成熟，利用这种异质结构制作了许多新型

5、的高性能器件，诸如调制掺杂晶体管，异质结双极晶体管，共振隧道二极管及负阻场效应晶体管等，被认为是九十年代新型微电子、光电子材料，是“第二代硅”材料，使得硅材料进入人工设计微结构材料时代，硅器件进入到“异质结构”、“能带工程”时代，为电子器件的发展展示了美好的前景。从制备器件角度来看，仅有结构完美的材料是远不够的，还必须检测材料的微观质量。因为在半导体材料中某些微量的杂质与缺陷，就会对半导体材料的电学及光学特性产生重大影响。对这些杂质与缺陷的检测是，通常可通过对材料的电学性质或光学性的测量予以发现，而用电学方法检测杂质与缺陷的灵敏度要远高于用光学的测量方法。目前，广泛采用的电学测

6、试方法有：电容－电压capacitance-voltage（C－V）法、深能级瞬态谱(deepleveltransientspectroscopy（DLTS）)、导纳谱方法(admittancespectroscopy)、电导法(ConductanceTechnique)等。而半导体的电容-电压谱（C-V）因其简单、方便、快速、非破坏性，被广泛应用于测定体结构半导体材料的载流子浓度分布。对于体材料，C-V法可以测试金属-半导体肖特基势垒二极管中半导体一侧的载流子浓度分布。C-V测试法是在直流偏压V上迭加一个小的交变高频电压v，此时的势垒宽度会随之发生微小的变化，且势垒宽度将随着

7、反向直流偏压V增大而向半导体内部扩展，此时中的载流子变化与平行板电容器中的充放电相类似，其电容特性可表示为，式中是材料的介电常数，是结面积。1980年，H.Kroemer等人首次提出将这一测试技术测定半导体异质结的能带偏移量和界面电荷密度。对于异质结，由于在异质结界面处存在能带偏移，引起载流子在界面附近重新分布，在界面的一侧形成载流子的积累，另一侧则为载流子耗尽。当在异质结材料表面形成肖特基势垒后，表面势垒区就会随外加反向偏压增加而扩展，然后经过异质界面，因此就可用C-V法测得异质结两边的载