Исследования деградации резонансно-туннельных диодов на базе AlAs/GaAs наногетероструктур
Опубликовано: 15.10.2013
Авторы: Макеев М.О., Иванов Ю.А., Мешков С.А., Литвак Ю.Н., Ветрова Н.А.
Опубликовано в выпуске: #6(18)/2013
DOI: 10.18698/2308-6033-2013-6-811
Раздел: Наноинженерия
Для радиотехнических устройств на основе наноразмерных многослойных полупроводниковых гетероструктур актуальна проблема обеспечения надежности вследствие чувствительности параметров гетероструктуры к процессам деградации ввиду малости толщин слоев. В данной работе проведены исследования термической деградации AlAs/GaAs наногетероструктуры и партии резонансно-туннельных диодов с использованием методов ИК-спектральной эллипсометрии и ускоренного старения полупроводниковых устройств. В результате определены активационные параметры диффузии (энергия активации и предэкспоненциальный множитель) Al и Si в резонансно-туннельной структуре и приконтактных областях и зависимость контактного сопротивления AuGeNi омических контактов от времени и температуры. Полученные в настоящей работе числовые характеристики основных деградационных процессов могут быть использованы для прогнозирования надежности резонансно-туннельных диодов и нелинейных преобразователей радиосигналов на их основе.
Литература
[1] Иванов Ю.А., Мешков С.А., Синякин В.Ю., Федоренко И.А, Федоркова Н.В., Федоров И.Б., Шашурин В. Д. Повышение показателей качества радиоэлектронных систем нового поколения за счет применения резонансно-туннельных нанодиодов. Наноинженения, 2011, № 1, с. 34-43
[2] Иванов Ю.А., Малышев К.В., Федоркова Н.В. Наноэлектроника на базе многослойных гетероструктур. Изв. ВУЗов. Машиностроение, 2003, № 5, с. 73-78
[3] Алкеев Н.В., Аверин С.И., Дорофеев А.А., Гладышева Н.Б., Торгашин М.Ю. Резонансно-туннельный диод на основе гетеросистемы GaAs/AlAs для субгармонического смесителя. Микроэлектроника, 2010, т. 39, № 5, с. 356-365
[4] Иванов Ю.А., Федоренко И.А., Федоркова Н.В. Анализ влияния формы ВАХ резонансно-туннельного нанодиода на параметры смесителя СВЧ-диапазона. Вопросы инженерной нанотехнологии. Сб. докл. Междунар. конф. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008
[5] Иванов Ю.А., Малышев К.В., Перунов Ю.М. и др. Нанодиод для смесителя. СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии: тез. докл. 12 междунар. Крымской конф. Севастополь, 2002, с. 462-463
[6] Прохоров Э.Д. Квантово-размерные эффекты в твердотельных сверхвысокочастотных приборах. Харьков: ХНУ им. В.Н. Каразина, 2005, 220 с.
[7] Абрамов И.И., Гончаренко И.А., Коломийцева Н.В. Комбинированная модель резонансно-туннельного диода. Физика и техника полупроводников, 2005, т. 39, вып. 9, с. 1138-1145
[8] Бежко М.П., Безотосный И.Ю., Шмелев С.С. Особенности поведения дифференциальной проводимости резонансно-туннельных структур. Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии: тез. докл. 7 междунар. науч. конф. Кисловодск, 2007, с. 13-14
[9] Абрамов И.И., Королев А.В. Теоретическое исследование приборных структур, содержащих резонансно-туннельные диоды. Журнал технической физики, т. 71, вып. 9, с. 128-133
[10] Георгиевский А.М., Громов Д.В., Дудинов К.В. Исследование направлений применения резонансно-туннельного диода в интегральных схемах СВЧ диапазона. Микроэлектроника, 1996, т. 25, № 4, 249 с.
[11] Белов Л.А. Преобразователи частоты. Современные ВЧ-компоненты. Москва, Электроника: наука, технологии, бизнес, 2004, № 2, 44 с.
[12] Иванов Ю.А., Мешков С.А., Попов И.И. Повышение показателей качества назначения субгармонического смесителя радиосигналов за счет применения резонансно-туннельного диода. Сетевой электронный научный журнал "Системотехника", 2010, № 8
[13] Алкеев Н.В. Анализ шумовых и динамических свойств субгармонического смесителя на резонансно-туннельном диоде. Москва, Радиотехника и электроника, 2004, т. 49, № 104, 1258 с.
[14] Горлов М.И., Строгонов А.В. Геронтология интегральных схем: прогнозирование долговечности ИС. Петербургский журнал электроники, 1996, № 4, с. 35-41
[15] IR-VASE User’s Manual / J.A.Woollam Co., Inc., 2006
[16] Mei P., Yoon H.W., Venkatesan T., Schwarz S.A., Harbison J.P. Kinetics of silicon-induced mixing of AlAs-GaAssuperlattices. Appl. Phys. Lett., 1987, vol. 50, № 25, pp. 1823-1825
[17] Yu S., Gosele U.M., Tan T.Y. A model of Si Diffusion in GaAs based on the effect of the Fermi level. J. Appl. Phys., 1989, vol. 66, № 7, pp. 2952-2961
[18] Tan T.Y., Gosele U. Mechanisms of doping-enhanced superlattice disordering and of gallium self-diffusion in GaAs. Appl. Phys. Lett., 1988, vol. 52, № 15, pp. 1240-1242
[19] Tan T.Y., Yu S., Gosele U. Determination of vacancy and self-interstitial contributions to gallium self-diffusion in GaAs. J. Appl. Phys., 1991, vol. 70, № 9, pp. 4823-4826
[20] Gosele U. et al. Diffusion in GaAs and related compounds: recent developments. Defect and Diffusion Forum, 1997, vols. 143-149, pp. 1079-1094
[21] Chen C.-H., Gosele U.M., Tan T.Y. Dopant diffusion and segregation in semiconductor heterostructures: Part III, diffusion of Si into GaAs. Appl. Phys. A, 1999, vol. 69, pp. 313-321
[22] You H.-M., Gosele U.M., Tan T.Y. A study of Si outdiffusion from predoped GaAs. J. Appl. Phys, 1993, vol. 73, no. 11, pp. 7207-7216
[23] Harrison I., Ho H.P, Baba Ali N. Diffusion induced disorder of GaAs/AlGaAs superlattices. J. of Electronic Materials, 1991, vol. 20, no. 6, pp. 449-456
[24] Pavesi L. et al. Role of point defects in the silicon diffusion in GaAs and Al0.3Ga0.7As and in the related superlattice disordering. J. Appl. Phys. 1992, vol. 71, no. 5, pp. 2225-2237
[25] Lee K.H., Stevenson D.A., Deal M.D. Diffusion kinetics of Si in GaAs and related defect chemistry. J. Appl. Phys., 1990, vol. 68, no. 8, pp. 4008-4013
[26] Bracht H., Haller E.E., Eberl K., Cardona M.. Self- and interdiffusion in AlxGa1-xAs/GaAs isotope heterostructures. Appl Phys. Lett., 1999, vol. 74, no. 1, pp. 49-51.
[27] Wee S.F., Chai M.K., Homewood K.P., Gillin W.P. The activation energy for GaAs/AlGaAsinterdiffusion. J. Appl. Phys., 1997, vol. 82, no. 10, pp. 4842-4846
[28] Olmsted B.L., Houde-Walter S.N. Al-Gainterdiffusion through group III-vacancy second nearest-neighbor hopping. Appl. Phys. Lett., 1993, vol. 63, no. 4, p. 530-532
[29] Wang L., Hsu L., Haller E.E. et al. Gaself-diffusion in GaAsisotope heterostructures. Phys. Rev. Lett., 1996, vol. 76, pp. 2342-2345
[30] Ono H., Ikarashi N., Baba T. Al diffusion into GaAs monatomic AlAs layers investigated by localized vibrational modes. Appl Phys. Lett., 1995, vol. 66, no. 5, pp. 601-603
[31] Murray J.J., Deal M.D., Allen E.L., Stevenson D.A., Nozaki S. Modeling Silicon Diffusion in GaAs Using Well Defined Silicon Doped Molecular Beam Epitaxy Structures. J. ofthe Electrochemical Society, 1992, vol. 137, no. 7, pp. 2037-2041
[32] Макеев М.О., Иванов Ю.А., Мешков С.А. Исследование деградацион-ных явлений в наноразмерных AlAs/GaAs гетероструктурах методом ИК-спектроэллипсометрии. Наноинженерия, 2011, № 4, с. 44-48
[33] Palik E.D. Handbook of optical constants of solids, vol. 1. N.Y.: Academic Press, 1985, 785 p.
[34] Fox M. Optical properties of solids. Oxford University Press, 2001, 318 p.
[35] Palik E.D. Handbook of optical constants of solids, vol. 2. N.Y.: Academic Press, 1991, 1096 p.
[36] Perkowitz S., Sudharsanan R., Yom S.S., T.J. Drummond. AlAs Phonon Parameters and Heterostructure Characterization. Solid State Commun., 1987, vol. 62, p. 645
[37] Аззам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет. Москва, Мир, 1985. [Azzam R.M.A., Bashara N.M. Ellipsometry and Polarized Light. Amsterdam: North-Holland Publ. Co., 1977]
[38] Свиташева С.Н. Эллипсометрия шероховатых поверхностей. Дисс. ... канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 2009, 240 с.
[39] Aspnes D.E. Optical properties of thin films. Thin Solid Films, 1981, vol. 89, № 3, pp. 249-262
[40] Агасиева С.В., Шашурин В.Д. Влияние процесса деградации нанодиода на качество нелинейного преобразователя сигналов. Наноинженерия, 2011, № 3, с. 36-40
[41] Шашурин В.Д., Ветрова Н.А., Назаров Н.В. Определение управляемых параметров для конструкторско-технологической оптимизации СВЧ смесителей радиосигналов на резонансно-туннельных диодах по критерию их надежности. Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн., 2011, № 11. URL: http://technomag.edu.ru/doc/228008.html
[42] Макеев М.О., Литвак Ю.Н., Иванов Ю.А., Мешков С.А., Мигаль Д.Э. dif2RTD: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661001, 2012
[43] Макеев М.О., Иванов Ю.А., Мешков С.А., Назаров В.В. Исследование термической деградации AuGeNi омических контактов резонансно-туннельных диодов на базе наноразмерных AlAs/GaAs гетероструктур. Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн., 2012, № 9, DOI: http://dx.doi.org/10.7463/0912.0453636
[44] Murakami M. Development of refractory ohmic contact materials for gallium arsenide compound semiconductors. Science and Technology of Advanced Materials, 2002, vol. 3, pp. 1-27
[45] Бланк Т.В., Гольдберг Ю.А. Механизмы протекания тока в омических кон -тактах металл—полупроводник. Физика и техника полупроводников, 2007, т. 41, вып. 11, с. 1281-1308
[46] Vashchenko V.A., Sinkevitch V.F. Physical limitations of semiconductor devices. Springer, 2008, p. 330
[47] Irvin J.C. The Reliability of GaAs FETs in GaAs FET Principle and Technology, J.W. Dilorenzo and D.D. Khandelwal (eds). MA: Artech House, chapter 6, 1982