مشخصه یابی ساختارهای دورآلاییده

در ساختارهای Si/SiGe/Siکه بوسیله روش رونشانی پرتو مولکولی رشد می­یابند به دلیل ناپیوستگی نوار ظرفیت یک چاه کوانتومی در نوار ظرفیت و در لایه SiGeشکل می­گیرد اگر لایه­های مجاور با ناخالصی­های نوع pآلاییده شده باشند حفره ­های لایه آلاییده به داخل چاه کوانتومی می­روند و تشکیل گاز حفره­ای دوبعدی در میانگاه نزدیک لایه آلاییده می­دهند اینگونه ساختارها را ساختار دورآلاییده می نامند .به دلیل جدایی فضایی بین حاملهای آزاد دوبعدی و ناخالصی­های یونیده در ساختارهای دورآلاییده برهمکنش کولنی کاهش یافته و درنتیجه پراکندگی ناشی از ناخالصی­های یونیده کاهش و به تبع آن تحرک­پذیری حاملهای آزاد دوبعدی افزایش می­یابد .چگالی سطحی گاز حفره­ای دوبعدی به پارامترهای ساختار مثلاً ضخامت لایه جداگر ، چگالی سطحی بارهای لایه پوششی ، ضخامت لایه پوششی ، و غیره وابسته است. علاوه بر این در ساختارهای دورآلاییده دریچه­دار با تغییر ولتاِژ دریچه چگالی سطحی گاز حفره­ای قابل کنترل می­باشد . این ساختارها در ساخت ترانزیستورهای اثر میدانی مورد استفاده قرار می­گیرند .

در این پایان نامه ابتدا به تشریح ساختار دورآلاییده Si/SiGe/Siمی­پردازیم و سپس مدلی نظری که بتواند ویژگیهای الکتریکی گاز حفره­ای دوبعدی درون چاه کوانتومی ساختارp-Si/SiGe/Si و همچنین میزان انتقال بار آزاد به درون چاه و بستگی آن به پارامترهای ساختار را توجیه کند ارائه می دهیم . در ساختار دورآلاییده معکوس p-Si/SiGe/Si دریچه­دار با دریچه Al/Ti/Siاز این مدل نظری استفاده می­کنیم و با برازش نتایج تجربی تغییرات چگالی سطحی گاز حفره­ای بر حسب ولتاژ دریچه توانسته­ایم چگالی سطحی بارهای میانگاه Ti/Siدر این ساختارها را در محدوده (m^-2) 10¹⁵ × 78/1 تا (m^-2) 10¹⁵ × 63/4 ارزیابی کنیم

فهرست مطالب

فصل اول : ساختارهای دورآلاییده1

مقدمه 2

1-1 نیمه رسانا 3

1-2 نیمه رسانا با گذار مستقیم و غیر مستقیم4

1-3 جرم موثر 4

1-4 نیمه رسانای ذاتی6

1-5 نیمه رسانای غیر ذاتی و آلایش7

1-6 نیمه رساناهای Siو Ge 10

1-7 رشد بلور  13

1-7-1 رشد حجمی بلور15

1-7-2 رشد رونشستی مواد15

1-7-3 رونشستی فاز مایع 16

1-7-4 رونشستی فاز بخار18

1-7-5 رونشستی پرتو مولکولی 19

1-8 ساختارهای ناهمگون20

1-9 توزیع حالت‌های انرژی الکترون‌ها در چاه کوانتومی21

1-10 انواع آلایش 23

1-10-1 آلایش کپه­ای24

1-10-2 آلایش مدوله شده (دورآلاییدگی 24

1-10-3 گاز الکترونی دوبعدی 25

1-10-4 گاز حفره­ای دوبعدی26

1- 11 ویژگی و انواع ساختارهای دور آلاییده 27

1-11-1 انواع ساختارهای دورآلاییده به­­لحاظ ترتیب رشد لایه­ها 27

1-11-2 انواع ساختار دور آلاییده به لحاظ نوع آلاییدگی ( n یا p 28

1-11-3 انواع ساختار دور آلاییده دریچه­دار29

1-12 کاربرد ساختارهای دور آلاییده 33

1-12-1 JFET 33

1-12-2 MESFET 34

1-12-3 MESFETپیوندگاه ناهمگون  35

فصل دوم : اتصال فلز نیمه رسانا (سد شاتکی38

مقدمه  39

2-1 شرط ایده آل و حالتهای سطحی 41

2-2 لایه تهی  44

2-3 اثر شاتکی  47

2-4 مشخصه ارتفاع سد51

2-4-1 تعریف عمومی و کلی از ارتفاع سد 51

2-4-2 اندازه گیری ارتفاع سد57

2-4-3 اندازه گیری جریان – ولتاژ57

2-4-4 اندازه گیری انرژی فعال سازی60

2-4-5 اندازه گیری ولتاژ- ظرفیت60

2-4-6 تنظیم ارتفاع سد 62

2-4-7 کاهش سد 62

2-4-8 افزایش سد63

2-5 اتصالات یکسوساز . 64

2-6 سدهای شاتکی نمونه 64

فصل سوم : انتقال بار در ساختارهای دورآلاییده66

مقدمه 67

3-1 ساختار دور آلاییده معکوس p-Si/Si_1-XGe_X/Si68

3-2 ساختار نوار ظرفیت ساختار دور آلاییده معکوسp-Si/SiGe/Si69

3-3 محاسبه انتقال بار در ساختارهای دور آلاییده71

3-3-1 آلایش مدوله شده ایده ­آل71

3-3-2 محاسبات خود سازگار چگالی سطحی حاملها 74

3-3-3 اثر بارهای سطحی بر چگالی گاز حفره­ای  74

3-4 روشهای کنترل چگالی سطحی حاملها  76

3-4-1 تاثیر تابش نور بر چگالی سطحی حاملها  77

3-4-2 تاثیر ضخامت لایه پوششی بر چگالی سطحی حاملها78

3-4-3 دریچه دار کردن ساختار دور آلاییده 79

3-5 ساختارهای دورآلاییده معکوس p-Si/SiGe/Si با دریچه بالا 79

3-6 انتقال بار در ساختارهای دورآلاییده معکوس با دریچه بالا82

3-7 تاثیر بایاسهای مختلف بر روی چگالی سطحی ­حفره­ها 83

3-8 ملاحظات تابع موج86

3-9 وابستگی Z_av به چگالی سطحی حاملها در ساختارهای بی دریچه87

3-10 وابستگی Z_av به چگالی سطحی حاملها در ساختارهای دریچه­دار87

فصل چهارم : نتایج محاسبات 89

مقدمه 90

4-1 محاسبات نظری ساختارهای دورآلاییده بی دریچه Si/SiGe/Si 91

4-1-1 محاسبات نظری n_s برحسب L_s  91

4-1-2 محاسبات نظری n_s برحسب N_A  96

4-1-3 محاسبات نظری n_s برحسب n_c 99

4-1-4 محاسبات نظری کلیه انرژیهای دخیل برحسب L_s 100

4-2 محاسبات نظری ساختارهای دورآلاییده دریچه­دار Si/SiGe/Si 100

4-2-1 محاسبات نظری n_s برحسب v_g100

4-2-2 بررسی نمونه ها با n_sur متغیر وتابعی خطی از v_gبا شیب مثبت 107

4-2-3 بررسی نمونه ها با n_sur متغیر وتابعی خطی از v_gبا شیب منفی114

فصل پنجم : نتایج 124

5-1مقایسه سد شاتکی با ساختار دورآلاییده دریچه دار p-Si/SiGe/Si125

5-2 بررسی نمودارهای مربوط به چهار نمونه  125

پیوست  129

چکیده انگلیسی (Abstract139

منابع 141