2. Метод спектроскопии адмиттанса и его аппаратная реализация.

Под адмиттансом понимается полная проводимость объекта, которая векторно складывается из активной и реактивной составляющих[10]:

(2.1)

где G – проводимость, C – емкость, ω – частота измерительного сигнала.

В идеальном случае барьер Шоттки или p-n переход имеют только мнимую часть сигнала (реактивную составляющую проводимости), а вещественная часть возникающая из за утечек можно считать равной нулю, т.к. она намного меньше мнимой части.

Изучение температурных и частотных спектров проводимости и емкости вместе с исследованием вольтфарадных (C-V) характеристик и регистрацией переходных процессов захвата и эмиссии носителей заряда в рамках универсального комплекса спектроскопии адмиттанса обеспечивает широкие возможности характеризации современных наногетероструктур [10]. Эксперементально адмиттанс измеряется с помощью приборов, называемых измерителями иммитанса (иммитанс – общее название для импеданса и адмиттанса).

Адмиттанс полупроводникового прибора определяется его электронным спектром и поэтому он зависит от температуры, приложенного к структуре напряжения и частоты измерительного сигнала. В связи с этим существует ряд методов, базирующихся на регистрации адмиттанса исследуемой структуры в зависимости от одного из вышеперечисленных параметров, (рисунок 1.1). Различают три основных набора методов спектроскопии адмиттанса: квазистатические, динамические и нестационарные (рисунок 1.2).

Рисунок 2.1 Комплекс методов спектроскопии адмиттанса

Рисунок 2.2 Классификация методов адмиттанса

Квазистатические методы представляют собой измерение вольт-фарадных характеристик гетероструктуры и получение на их основе распределения так называемого «наблюдаемого» профиля концентрации свободных носителей заряда по структуре [11, 12]. Нестационарным методом является метод методы DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy) или НЕСГУ (Нестационарная емкостная спектроскопия глубокихуровней) [13, 14], DLTS в настоящее время применяется для исследования переходных процессов в полупроводниках. Динамические методы являются относительно новыми, с появлением универсальных многочастотных измерителей иммитанса. Динамические методы являются методами исследования адмиттанса в зависимости от изменения температуры при воздействием переменного сигнала различной частоты [10, 15]. В данной работе измерения проводятся квазистатическими и динамическими методами исследования адмиттанса наноструктур с наноразмерными объектами.

2.1 Емкость полупроводниковой структуры

Метод адмиттанса основан на информации об исследуемом объекте путём получения значений ёмкости(под емкостью понимается барьерная емкость полупроводниковой структуры) и проводимости измеряемым прибором в зависимости от внешних воздействий на образец.

Емкость обедненного слоя полупроводника (барьерная емкость) и емкость плоскопараллельного конденсатора значительно различаются. В отличие от обычного конденсатора, обедненный слой барьера Шоттки или p-n перехода содержит распределенный фиксированный пространственный заряд ионов, и результирующее поле оказывается неоднородным. Если к барьеру Шоттки приложить обратное смещение ΔU, ширина обеднённой области увеличится, что приведёт к увеличению пространственного заряда Q. Из-за того что заряд Q изменяется нелинейно с изменением U , фиксированная линейная емкость не может быть определена, поэтому вводят понятие дифференциальной емкости области обеднения:

(2.2)

Решая уравнение Пуассона и принимая ряд приближений (малосигнальное , полной ионизации примеси ), возможно получить выражение для емкости обедненного слоя барьера Шоттки [5, 11]:

(2.3)

График зависимости C^-2 от приложенного обратного смещения Ur в однородно легированном материале линеен и имеет наклон, пропорциональный . На этом основан метод вольт-фарадного профилирования носителей заряда. При выводе (2.3) предполагается, что все переходные процессы происходят практически мгновенно (по крайней мере, по сравнению с периодом тестового сигнала измерителя), поэтому метод носит название квазистатического вольт-фарадного метода.Активная составляющая сигнала (проводимость) в полупроводнике будет формироваться за счет протекания через p-n переход прямого или обратного токов.