Розділ 2. ВПЛИВ НАДПРОВІДНОСТІ НА ПРОЦЕСИ ЕЛЕКТРОННОГО
ПЕРЕНОСУ В КОНТАКТІ МЕТАЛ – НАПІВПРОВІДНИК
Стан проблеми. Контакт метал - напівпровідник є однією з найбільш простих і
вивчених контактних структур в системі напівпровідникових гетеропереходів
[67-68]. Він є основою діодів з барґєром Шотткі, омічних контактів, складовим
елементом різних типів транзисторних структур, широко застосовується в
інтегральних схемах [69]. У звґязку з проблемами кріогенної електроніки постає
проблема визначення впливу переходу в надпровідний стан одного з електродів
(металу або напівпровідника) на процеси електронного переносу в таких
контактах.
В ранніх роботах контактні явища в структурах надпровідник - напівпровідник
розглядались без урахування процесів фізико-хімічної взаємодії і ролі
проміжного шару на межі розподілу [70-72]. Процеси електронного переносу
аналізувались в рамках тунельного механізму, який є домінуючим в умовах низьких
температур і достатньо тонкого потенціального барґєра [73]. Застосування ВТНП
матеріалів зі значно вищими температурами критичного переходу обумовлює
зростання ролі надбарґєрного механізму проходження носіїв заряду, що необхідно
враховувати при визначенні загального струму через контакт. Останнім часом
значно підвищився інтерес до досліджень впливу властивостей ВТНП на характерні
для структур надпровідник – напівпровідник процеси андрєєвського відбиття
носіїв на межі розділу [74-75], процеси резонансного тунелювання [76-77]. Проте
ряд питань, зокрема повґязаних зі складністю фізико-хімічної будови межі
розділу між металом та напівпровідником, потребує додаткового вивчення і
відповідного обґрунтування.
Вплив надпровідного стану напівпровідника на процеси електронного переносу в
контактах метал – напівпровідник до цього часу не був зґясованим [72]. В той же
час можливості створення надпровідних матеріалів з порівняно невисокою
концентрацією носіїв заряду роблять цю задачу актуальною.
В розділі 2 проведені теоретичні розрахунки вольт-амперних характеристик для
контактів надпровідник – напівпровідник [78] та метал – надпровідний
напівпровідник [79-80], розглянуті процеси багатократного відбиття носіїв
заряду на межі розділу надпровідник – напівпровідник [81] та особливості
резонансного тунелювання за участю глибоких центрів в області просторового
заряду напівпровідника [82-83].
2.1. Контакт метал – напівпровідник з надпровідним електродом
Основні механізми проходження носіїв заряду. В контакті метал - напівпровідник
в залежності від властивостей вихідних матеріалів, способу виготовлення та
зовнішніх умов можуть реалізуватися різні механізми проходження носіїв заряду:
термоелектронна емісія, тунелювання через область просторового заряду,
проходження носіїв за участю глибоких центрів в області просторового заряду,
проходження носіїв за участю поверхневих станів [67-68]. На проходження струму
суттєво впливає проміжний шар між металом та напівпровідником, властивості
якого визначаються природою контактуючих матеріалів і технологією виготовлення
контакту (оксидний шар, продукти фізико-хімічної взаємодії, тощо). В такому
проміжному ізолюючому шарі реалізуються характерні для діелектриків механізми
провідності: тунельна емісія, емісія Шотткі, емісія Пула-Френкеля, струми
обмежені просторовим зарядом, стрибкові механізми проходження струму, іонна
провідність [69]. В реальних контактах товщина проміжного діелектричного шару
не перевищує 1-10нм, що обумовлює домінування тунельного механізму проходження
носіїв заряду. При цьому важливим є вплив проміжного шару не лише на значення
загального струму, але і на перерозподіл напруги в контакті метал –
напівпровідник.
Для традиційних контактних надпровідникових структур (структури метал –
ізолятор – надпровідник, джозефсонівські переходи) в умовах низьких температур
і досить тонкого потенціального бар'єра домінуючим є тунельний механізм
проходження носіїв заряду через бар'єр. Роль надбар'єрного переносу носіїв
заряду при цих умовах незначна і внаслідок цього практично не досліджувалася.
Для контактів надпровідник – напівпровідник аналіз тунельного струму в рамках
простої моделі контакту метал – напівпровідник без врахування ролі проміжного
діелектричного шару проведено в роботах [70-71]. Характеристики таких контактів
подібні до відповідних характеристик структур метал – ізолятор – надпровідник
(роль нормального металу виконує сильно легований напівпровідник, роль
ізолятора - область просторового заряду напівпровідника). Відмінності
обумовлюються лише формою потенціального барґєра області просторового заряду.
В контактних структурах на основі надпровідних матеріалів з порівняно невисокою
концентрацією носіїв заряду (вироджені напівпровідники, оксидні
високотемпературні надпровідники) умови проходження струму можуть значно
відрізнятися. Наявність досить широкого і невисокого потенціального бар'єра на
межі розділу контакту обумовлює можливість істотного збільшення
термоелектронної складової струму. Додатковий інтерес викликають можливості
регулювання концентрації носіїв і властивостей потенціального бар'єра в
напівпровідникових матеріалах за допомогою простого легування. Вказані фактори
обумовлюють актуальність аналізу можливих механізмів проходження носіїв заряду
в контакті метал – напівпровідник з урахуванням надпровідного стану металу або
напівпровідника і реальної структури потенціального барґєра на межі їх
розділу.
Особливості електронної будови ВТНП купратних оксидів. Питання про електронну
будову є одним з основних для купратних металооксидів. Труднощі пов'язані з
- Київ+380960830922