不同光照强度对生长在(Au:Ti)/n-GaAs (MS)结构上的不同厚度的Si?N?界面电流-电压特性的影响比较

《Optical Materials》：A comparison of the effects of different light intensities on the current-voltage characteristics of the Si 3N 4 interface with various thicknesses grown on the (Au:Ti)/n-GaAs (MS) structure

Si?N?绝缘层厚度对金属-半导体-绝缘体（MIS）结构电学与光电子特性影响研究。采用ALD技术制备不同厚度（5/10/15 nm）Si?N?层，对比MS与MIS结构暗态及光照（20-100 mW/cm2）下的I-V特性，分析势垒高度、理想因子、光响应度等参数变化规律，并利用Cheung函数验证计算方法的一致性。研究揭示了绝缘层厚度与电场效应对界面态能级重构及光电器件性能的影响机制。

　　

Mahmut Bucurgat|Ahmet Faruk ?zdemir|?emsettin Alt?ndal

土耳其安卡拉加齐大学理学院物理系

摘要

在(Au:Ti)/n-GaAs (MS)参考结构上生长了不同厚度的Si₃N₄绝缘层，以分析这些层在有/无光照条件下对电学特性的影响，并比较不同结构之间的结果。基于此目的，在±3 V的电压范围内进行了电流测量，测量条件包括黑暗环境以及20至100 mW.cm^-2的光照强度，光照强度以20 mW.cm^-2为增量递增。通过分析电流-电压数据，确定了某些重要的电学和光电子参数，如零偏压下的势垒高度、理想因子、反向偏压下的饱和电流、光敏度、光电响应度和检测率等。同时，还利用Cheung函数计算了基本电学参数（零偏压下的势垒高度、理想因子和串联电阻），以评估所使用计算方法的准确性。此外，通过正向偏压电流-电压数据研究了界面态能量的变化，特别是光照强度变化对这些参数的影响，因为光照会导致界面态的重新排序或重构。这些结构的电阻电压依赖特性也是根据欧姆定律在各种光照强度下测得的。

章节摘录

引言

无论是否具有中间层，肖特基结构在电气、光学和介电应用中都至关重要。中间层的介电常数、厚度、均匀性和介电常数对这些结构的性能具有重要影响。当在高介电常数的介电材料生长在金属-半导体（MS）界面时，该结构会转变为金属-界面-半导体（MIS）结构，同时这种结构还能将半导体与金属隔离开来。

实验细节

采用原子层沉积技术（ALD）在n型GaAs（掺杂浓度为6.8×10¹⁵ cm^?3）晶片上生长(Au:Ti)/Si₃N₄/n-GaAs肖特基结构。该晶片厚度为380 μm，采用浮区工艺制备。在制备MIS结构之前，n-GaAs晶片先经过超声波清洗，随后在N₂气体中冷却。接着，在晶片底部涂覆纯度为99.999%的涂层。

结果与讨论

图2展示了在室温下、光照强度为20-100 mW.cm^-2的条件下，参考MS型和MIS型肖特基结构的半对数I-V曲线（电压范围为±3V，电压步长为25 mV）。可以看出，所有肖特基结构在所有曲线中都能很好地完成整流过程；然而，由于光照引起的光生效应，反向偏压下的电阻（RR）有所降低。此外，这些曲线在正向中间偏压范围内呈现出明显的线性特征。

结论

通过在(Au:Ti)/n-GaAs (MS)结构上生长5 nm、10 nm和15 nm厚的Si₃N₄中间层，研究了((Au:Ti)/Si₃N₄/n-GaAs) (MIS)型肖特基二极管的一些电学和光学性质，并将其自身结果与(Au:Ti)/n-GaAs (MS)型结构进行了比较，以探讨界面层对室温下电学和光电特性的影响。这些器件的I-V特性测量涵盖了正向和反向偏压范围（±3V），包括有光照和无光照的情况。

作者贡献声明

?emsettin Alt?ndal：撰写、审稿与编辑、指导工作。Ahmet Faruk ?zdemir：资料准备。Mahmut Bucurgat：初稿撰写、软件使用、资料收集、方法设计及实验实施。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。