DOI: https://doi.org/10.15588/1607-3274-2018-2-1

THE THERMAL PROCESSING INFLUENCE ON CURRENT-VOLTAGE CHARACTERISTIC AND INJECTION PROPERTIES OF HETEROJUNCTIONS

V. S. Dmitriev

Abstract


Context. Nowadays the research and development of heterojunctions are carried out to search new metal-gallium arsenide compositions,
the development of technological regimes which could ensure the microwave devices with Schottky barriers parameters reproducibility.
Comparing to gold, silver has a large thermal and electrical conductivity, a relatively small diffusion coefficient to gallium arsenide, which
makes it possible to reduce the transition layer thickness. The transition to silver-based metallization should improve the products technical
characteristics. The technological regimes development for manufacturing improved silver-based heterojunctions to GaAs is relevant from scientific and practical points of view.
Objective. The goal of the work is to determine the heat treatment influence on real current-voltage characteristics and the injection
coefficient value of the Ag/n-n+GaAs heterojunction.
Method. The heterojunctions manufacturing method is vacuum thermal evaporation. The calculation of the heterojunction parameters
was made by the current-voltage characteristics method.
Results. The GaAs-substrate chemical treatment regime is recommended. The heat treatment effect on the Ag/n-n+GaAs heterojunctions parameters and characteristics is studied. The barrier height influence on the injection coefficient value was investigated. Various methods for determining the Schottky barrier height and the nonideality factor for the current-voltage characteristics have been examined and tested.
Conclusions. It is established that the annealing temperature increase up to 803 K gives the highest barrier height for the Ag/n-n+GaAs
heterojunction with a donor density of ND=2 1016 cm–3 into epitaxial layer. It has been established that the most accurate method for the
heterojunction parameters determining using the current-voltage characteristic is the direct approximation method, which takes into account the effect of the series resistance in determining the nonideality factor and the Schottky barrier height. The calculated injection coefficients for heterojunctions with different Schottky barrier heights, obtained at different annealing temperatures, have very small values, therefore, hole injection can be neglected.

Keywords


barrier transition; current-voltage characteristic; barrier height; non-ideality factor; injection coefficient

References


Belous A. Y., Solodukha V. A., Shvedov S. V. Kosmycheskaya elektronyka : v 2 kn. Kn. 2. Moscow, Tekhnosfera, 2015, 489 p.

Platonov S. V., Permyakov N. V., Seleznev B. Y. i dr.

Maloshumyashchye arsenyd-hallyevye usylytely pry vozdeystvyy elektromahnytnykh pomekh povyshennykh yntensyvnostey [Elektronny resurs], Vestnyk Novhorodskoho hosudarstvennoho unyversyteta, 2012, No. 67, pp. 29–32. Rezhym dostupa k resursu:

http://www.novsu.ru/file/1010219

Kol’tsov H. Y., Dydenko S. Y., Cherny’kh A. V. i dr. Kontakty Shottky k vysokoomnыm epytaksyal’nыm sloyam GaAs dlya detektorov chastyts y kvantov [Elektronny resurs], Fyzyka y tekhnyka poluprovodnykov, 2012, No. 8, pp. 1088–1093.

Rezhym dostupa k resursu: http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/7776

Dmytryev V. S., Shvets E. Ya. Tekhnolohycheskye osobennosty yzhotovlenyya usylytelya behushchey volny, Sbornyk materyalov 10-y mezhdunarodnoy molodezhnoy nauchno-tekhnycheskoy

konferentsyy «Sovremenny’e problemy’ radyotekhnyky y

telekommunykatsyy «RT–2014». Sevastopol’, SevNTU, 2014, P. 158. (ISBN 978-617-612-072).

Dmytriyev V. S. Inzhektuyuchi bar’yerni perekhody na osnovi arsenidu haliya dlya priladiv NVCH diapazonu, Prohresivni tekhnolohiyi ta prylady, 2017, Vyp. 10(1), pp. 50–53, ISSN 2313-5352

Hern ndez M. P., Alonso C. F., Pe a J. L. Barrier height

determination in homogeneous nonideal Schottky contacts, Journal of Physics D: Applied Physics, 2001, Vol. 34, No. 8, pp. 1157–1162.

Torkhov N. A. Priroda pryamykh i obratnykh tokov

nasyshcheniya v kontaktakh metall-poluprovodnik s baryerom Shottki, Fizika i tekhnika poluprovodnikov, 2010, Vol. 44, No. 6, pp. 767–774.

Chand S., Kamar L. Origin of non-ideal current-voltage characteristics of metal-semiconductor contact: A numerical study [Електронний ресурс], Indian Journal of Engineering &Materials Sciences, 2000, Vol. 7, No. 5–6, pp. 268–273. Режим доступу до ресурсу: http://nopr.niscair.res.in/bitstream/123456789/24409/1/IJEMS%207%285-6%29%20268-273.pdf.

Zuyev S. A., Kilessa G. V., Asanov E. E. i dr. Zavisimost provodimosti ot tolshchiny aktivnoy oblasti v tonkoplenochnykh diodakh Shottki na GaAs [Elektronny resurs], Fizika i tekhnika poluprovodnikov, 2016, Vol. 50, No. 6, pp. 825–829. Rezhim dostupu do resursu: http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/43212

Bozhkov V. G., Shmargunov A. V. Vliyaniye nelineynoy zavisimosti vysoty baryera ot smeshcheniya na izmeryaemye parametry kontaktov s baryerom Shottki [Elektronny resurs], Materialy 21-y Mezhd. Krymskoy konf. “SVCh tekhnika i telekommunikatsionnye tekhnologii” (KryMiKo – 2011).

Sevastopol, 10–14 sentyabrya 2011. Sevastopol, SevNTU, 2011, pp. 246–247. Rezhim dostupu do resursu: http://

naukainform.kpi.ua/CriMiCo/Crimico/2011/246_247.pdf

Sze S. M., Ng K. K. Physics of Semiconductor Devices, 3rd Edition. Hoboken, A John Wiley & Sons, Inc., 2007, 815 р.

Dmitriev V. S., Shvets E. Y. The effect of the injected minority carriers on the parameters of Schottky barrier diodes, Zb. tez dopovide- mizhnar. nauk.-tekhn. konf. «Fundamental’ni ta prikladni problemi suchasnikh tekhnolohi-». Ternopil, TNTU, 2015, pp. 10–11.

Jayavel P., Kumar J., Ramasam P., Premanand R. On the evaluation of Schottky barrier diode parameters of Pd, Au and Ag/n-GaAs [Elektronny resurs], Indian Journal of Engineering and Materials Sciences, 2001, Vol. 7, No. 5–6, pp. 340–343. Rezhim dostupu

do resursu: http://nopr.niscair.res.in/itstream/123456789/24425/1/IJEMS%207%285-6%29%20340-343.pdf

Weber E. R., Washburn J. Structure and reliability of Metal contacts to GaAs. Berkeley, CA: Оffice of naval research ADA259 184, Department of Materials Science and Mineral Engineering University of California, 1991, 41 р.

Dmstriyev V. S., Dmstriyeva L. B.; zayavnyk i patentovlasnsk Zaporiz’ka derzhavna inzhenerna akademiya. Pat. 95094 Ukrayina, MPK H 01 L 29/47. Sposib vihotovlennya kontaktiv z bar‘yerom Shotky na arsenidi haliyu. № u201407081; zayavl. 23.06.14; opubl. 10.12.14, Byul. № 23/2014.

Dmytryev V. S. Razvytye fyzycheskoy modely neodnorodnыkh kontaktov metall-poluprovodnyk, Materialy X mezinarodni v decko-prakticka konference «Moderni vymo enosti v dy-2014». Praha, Publishing House «Education and Science», 2014, Dil 39 «Technicke v dy», pp. 3–5. (ISBN 978-966-8736-05-6).

Belyaev A. V., Boltovets N. S., Venger Ye. F. i dr. Pod red. prof. Belyaeva A. Ye., prof. Konakovoy R. V. Fizicheskiye metody diagnostiki v mikro- i nanoelektronike. Kharkov, ISMA, 2011,

p.

Rhoderick E. H., Williams R. H. Metal-Semiconductor Contacts. Oxford, Clarendon Press, 1988, 252 p.

Kudryk Ya. Ya., Shynkarenko V. V., Slipokurov V. S., Bigun R. I., Kudryk Ya. Ya. Methods for determination of Schottky barrier height from I–V curves, CriMiCo’2014, September 7–13, 2014.

Sevastopol, Crimea, pp. 673–674.

Ferhat-Hamida A., Ouennoughi Z., Hoffmann A., Weiss R. Extraction of Schottky diode parameters including parallel conductance using a vertical optimization method [Elektronny resurs], Solid-State Electronics, 2002, Vol. 46, No. 5, pp. 615– 619. Rezhim dostupu do resursu: https://doi.org/10.1016/S0038-

(01)00337-9

Karaboga N., Kockanat S., Dogan H. The parameter extraction of the thermally annealed Schottky barrier diode using the modified artificial bee colony [Elektronny resurs], Applied Intelligence, 2013, Vol. 38, No. 3, pp. 279–288. Rezhim dostupu do resursu: https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10489-

-0372-x.

Ortiz-Conde A., Ma Y., Thomson J. etc Direct extraction of semiconductor device parameters using lateral optimization method [Elektronny resurs], Solid-State Electronics, 1999, Vol. 43, No. 4, pp. 845–848. Rezhim dostupu do resursu:

https://doi.org/10.1016/S0038-1101(99)00044-1


GOST Style Citations


1. Белоус А. И. Космическая электроника : в 2 кн. Кн. 2 /
А. И. Белоус, В. А. Солодуха, С. В. Шведов. – М. : Техносфе-
ра, 2015. – 489 с.
2. Малошумящие арсенид-галлиевые усилители при воздействии
электромагнитных помех повышенных интенсивностей [Элек-
тронный ресурс] / [С. В. Платонов, Н. В. Пермяков,
Б. И. Селезнев и др.]. // Вестник Новгородского государствен-
ного университета. – 2012. – № 67. – С. 29–32. – Режим
доступа к ресурсу: http://www.novsu.ru/file/1010219
3. Контакты Шоттки к высокоомным эпитаксиальным слоям GaAs
для детекторов частиц и квантов [Электронный ресурс] /[Г. И. Кольцов, С. И. Диденко, А. В. Черных и др.] // Физика и
техника полупроводников. – 2012. – № 8. – С. 1088–1093. –
Режим доступа к ресурсу: http://journals.ioffe.ru/articles/
viewPDF/7776
4. Дмитриев В. С. Технологические особенности изготовления
усилителя бегущей волны / В. С. Дмитриев, Е. Я. Швец //
Сборник материалов 10-й международной молодежной науч-
но-технической конференции «Современные проблемы ра-
диотехники и телекоммуникаций «РТ-2014» / В. С. Дмитри-
ев, Е. Я. Швец. – Севастополь : СевНТУ, 2014. – С. 158.
(ISBN 978-617-612-072).
5. Дмитрієв В.С. Інжектуючі бар’єрні переходи на основі арсе-
ніду галія для приладів НВЧ діапазону/ В.С. Дмитрієв // Перс-
пективні технології та прилади. – 2017. – Вип. 10 (1). – С. 50–
53, ISSN 2313-5352
6. Hern ndez M. P. Barrier height determination in homogeneous
nonideal Schottky contacts / M. P. Hern ndez, C. F. Alonso,
J. L. Pe a // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2001. –
Vol. 34, №8. – P. 1157–1162.
7. Торхов Н. А. Природа прямых и обратных токов насыщения
в контактах металл-полупроводник с барьером Шоттки /
Н. А. Торхов // Физика и техника полупроводников. – 2010. –
Т. 44, №6. – С. 767–774.
8. Chand S. Origin of non-ideal current-voltage characteristics of
metal-semiconductor contact: A numerical study [Електронний
ресурс] / S. Chand, L. Kamar. // Indian Journal of Engineering &
Materials Sciences. – 2000. – Vol. 7, № 5–6. – P. 268–273. –
Режим доступу до ресурсу: http://nopr.niscair.res.in/bitstream/
123456789/24409/1/IJEMS%207%285-6%29%20268-273.pdf.
9. Зависимость проводимости от толщины активной области в
тонкопленочных диодах Шоттки на GaAs [Електронний ресурс] / [С. А. Зуев, Г. В. Килесса, Э. Э. Асанов и др.]. // Физика
и техника полупроводников. – 2016. – Т. 50, № 6. – С. 825–
829. – Режим доступу до ресурсу: http://journals.ioffe.ru/
articles/viewPDF/43212
10. Божков В. Г. Влияние нелинейной зависимости высоты барьера
от смещения на измеряемые параметры контактов с барьером
Шоттки [Електронний ресурс] / В. Г. Божков, А. В. Шмаргунов
// Материалы 21-й Межд. Крымской конф. «СВЧ техника и те-
лекоммуникационные технологии» (КрыМиКо – 2011). Севас-
тополь, 10–14 сентября 2011. – Севастополь : СевНТУ. –
2011. – С. 246–247. – Режим доступу до ресурсу: http://
naukainform.kpi.ua/CriMiCo/Crimico/2011/246_247.pdf
11. Sze S. M. Physics of Semiconductor Devices, 3rd Edition /
S. M. Sze, K. K. Ng. – Hoboken : A John Wiley & Sons, Inc.,
2007. – 815 р.
12. Dmitriev V. S. The effect of the injected minority carriers on the
parameters of Schottky barrier diodes / V. S. Dmitriev,
E. Y. Shvets // Зб. тез доповідей міжнар. наук.-техн. конф.
«Фундаментальні та прикладні проблеми сучасних техно-
логій». – Тернопіль : ТНТУ, 2015. – С. 10–11.
13. On the evaluation of Schottky barrier diode parameters of Pd, Au and Ag/n-GaAs [Электронный ресурс] / P. Jayavel, J. Kumar,
P. Ramasam, R. Premanand. // Indian Journal of Engineering and
Materials Sciences. – 2001. – Vol. 7, № 5–6. – Р. 340–343. –
Режим доступа к ресурсу: http://nopr.niscair.res.in/bitstream/
123456789/24425/1/IJEMS%207%285-6%29%20340-343.pdf
14. Weber E. R. Structure and reliability of Metal contacts to GaAs /
E. R. Weber, J. Washburn. – Berkeley, CA: Оffice of naval research
AD-A259 184, Department of Materials Science and Mineral
Engineering University of California, 1991. – 41 р.
15. Пат. 95094 Україна, МПК H 01 L 29/47. Спосіб виготовлення
контактів з бар‘єром Шотки на арсеніді галію / Дмитрієв В. С.,
Дмитрієва Л. Б. ; заявник і патентовласник Запорізька держав-
на інженерна академія. – № u201407081; заявл. 23.06.14; опубл.
10.12.14, Бюл. № 23/2014.
16. Дмитриев В. С. Развитие физической модели неоднородных
контактов металл-полупроводник / В. С. Дмитриев // Materialy
X mezinarodni v decko-prakticka konference «Moderni
vymo enosti v dy – 2014» / В. С. Дмитриев. – Praha: Publishing
House «Education and Science», 2014. – Dil 39 «Technicke
v dy». – С. 3–5. – (ISBN 978-966-8736-05-6).
17. Физические методы диагностики в микро- и наноэлектронике
/ [А. В. Беляев, Н. С. Болтовец, Е. Ф. Венгер и др. ; Под ред.
проф. Беляева А. Е., проф. Конаковой Р. В.]. – Харьков : ИСМА,
2011. – 284 с.
18. Rhoderick E. H. Metal-Semiconductor Contacts / E. H. Rhoderick,
R. H. Williams. – Oxford : Clarendon Press, 1988. – 252 p.
19. Methods for determination of Schottky barrier height from I–V
curves / [Ya. Ya. Kudryk, V. V. Shynkarenko, V. S. Slipokurov et al]
// CriMiCo’2014, September 7–13, 2014. – Sevastopol, Crimea. –
P. 673–674.
20. Extraction of Schottky diode parameters including parallel
conductance using a vertical optimization method [Електрон-
ний ресурс] / A. Ferhat-Hamida, Z. Ouennoughi, A. Hoffmann,
R. Weiss. // Solid-State Electronics. – 2002. – Vol. 46, № 5. –
P. 615–619. – Режим доступу до ресурсу: https://doi.org/
10.1016/S0038-1101(01)00337-9
21.Karaboga N. The parameter extraction of the thermally annealed
Schottky barrier diode using the modified artificial bee colony
[Електронний ресурс] / N. Karaboga, S. Kockanat, H. Dogan //
Applied Intelligence. – 2013. –Vol. 38, №3. – P. 279–288. –
Режим доступу до ресурсу: https://link.springer.com/article/
10.1007%2Fs10489-012-0372-x.
22. Direct extraction of semiconductor device parameters using lateral optimization method [Електронний ресурс] / [A. Ortiz-Conde, Y. Ma, J. Thomson, etc]. // Solid-State Electronics. – 1999. –
Vol. 43, № 4. – P. 845–848. – Режим доступу до ресурсу:
https://doi.org/10.1016/S0038-1101(99)00044-1






Copyright (c) 2018 V. S. Dmitriev

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Address of the journal editorial office:
Editorial office of the journal «Radio Electronics, Computer Science, Control»,
Zaporizhzhya National Technical University, 
Zhukovskiy street, 64, Zaporizhzhya, 69063, Ukraine. 
Telephone: +38-061-769-82-96 – the Editing and Publishing Department.
E-mail: rvv@zntu.edu.ua

The reference to the journal is obligatory in the cases of complete or partial use of its materials.