Полупроводниковая структура Советский патент 1980 года по МПК H01L29/76 

Изобретение ошосится к полупроводниковой электронике, в частности к конструированию п полупроводниковых сверхрешеток. Известна искусственная сверхрешетка, г редставляющая собой периодическую структуру, состоящую из слоев различного состава (напри мер, из GaAs-Gai AljjAs периодом 50-100 А и количеством периодов, равным ЮО) 1. В этой решетке появляются новые разрешен ные и запреще1П1ые зоны для электронов. Воль амперные характеристики, снятъш при приложе нии напряжения вдоль направления, связа1шого с новой периодичностью, содержат участки, соответствующие отрицательному сопротивлению. Недостатком этой сверхрешетки является то, что в процессе ее изготовления трудно выдержать с большой точностью равенство толщин соответствующих слоев, что необходимо для соблюдения строгой периодишости системы, что понижает эффективность работы прибо ра. Дня изготовления описанных сверхрешеток требуются сложные установки, в которых достигается вакуум порядка мм рт. ст., дорогостоящим оборудованием для ко1ггроля и управления процессом. Извесгаа также полупроводниковая структура; содержгщая полупроводникую пластину, на поверхности которой сформирован слой диэлектрика с нанесенным на нем металлическим электродом, служащая для исследования эффекта поля 2. Цель изобретения - создание полупроводниkoвoй сверхреигетки. Цель достигается тем, что в полупроводниковой структуре, содержащей полупроводниковую пластину, на поверхности которой сформирован слой диэлектрика с нанесенным на нем металлическим электродом, граница раздела полупроводник-диэлектрик имеет систему ступеней, образующих террасы с одинаковой шириной, высотой и направлением. Сосгветствующнм образо.м ориентируя поверхность и подвергая ее глубокому окислению, на границе раздела полупроводник-дизлектрик создают систему атомных стутгеней, со Сгаогой периодичностью образующих террасы, характеризуемые определенной высотой и шириной. Эта система ступеней создает дополнительный периодический потенциал в полупроводниковой структуре, период которого превышает постоянную решетки кристалла и мо- . жет задаваться ориентацией поверхности.

На чертеже изображена предложенная конструкция, которая содержит полупроводник 1, слой диэлектрика 2, металлический Электрод 3. Устройство работает следующим образом.

Наличие ступеней на границе раздела полупроводник-диэлектрик приводит, к тому, что в полупроводнике 1 возникает периодическое электрическое поле. Это периодическое поле образует разрешенные и запрещенные энергетические полосы для движения электрона , вдоль направления периодичности. При этом может быть реализован ряд эффектов, например получение отрицательного дифференциального сопротивле1шя. С помощью металлического злектро-да 3, расположенного над слоем диэлектрика 2 на поверхности полупровод1-шка 1 создается тонкий инверсионный слой. Он служит для . того, чтобы ограничить объем полупроводника, в котором движутся носители, взаимодействующие с дополнительным периодическим потенциалом электрического поля, тонкой приповерхностной областью., , ,Цля полушния предлагаемой одномерной „ сверхрешетки необходимо задать угол наклона noBepxHociij крем1шя к плоскости (111) в зопо 110 или к плоскости (100) в зоне 011 исходя из величины требуемого периода сверхреше1ки и известного межшюскостного расстоя шя. Образцы после полировки (например, хиMHi fo-механическим,методом) и отмывки следу ет окислить на глубш1у около 2 мкм. Это обеспечивает окисление внешнего нарушенного слоя на поверхносш, оставшегося после полировки, и рост слоя окисла в дальнейшем на совершемшм кристалле.-,

Процесс окисления состоит из двух-трех щнслов, причем после каждого цикла окисления получегтый слой окисла удаляют (например, расгворением в парах плавиковой кислоты).

Примерный режим одного цикла окисления: 30 мин в сухом кислороде, 2 ч во влажном кислороде, затем снова 30 мин в сухом кислороде, температура 1050°С. Полевой электрод и контакты к полученной сверхрешетке могут быть изготовлены методами планарной технологии.

В результате описанных циклов окисления на границе раздела Si-SiOi образуется система упорядоченных атомных ступеней. Эти ступени характеризуются определенной вьгсотой и шириной террасы. Высота ступеней не зависит от утла наклона и может быть равна одному или двум межплоскостным расстояниям на поверхностях близких к (111) (в зависимости от направления поворота поверхности) и двум меж, плоскостным расстояниям на поверхностях близких к (100). Ширина террасы при этом определяется углом отклонения поверхносга от соответствующей сингулярной плоскости, что позволяет задавать ее величину, задавая определенную ориентацию поверхности.

Предлагаемая полупроводниковая структура позволяет полушть строгую периодичность структуры сверхрешетки, используя хорошо разработанные методы планарной технологии.

Формулаизобретения Полупроводниковая структура, содержащая нолупроводников}ао пластину, на поверхности которой сформирован слой диэлектрика с нанесегшым на нем металлическим электродом, отличающаяся тем, что, с целью создания полупровод1шковой сверхрешетки, граница раздела полуп 5оводник-диэлектрик имеет систему атомных ступеней, образугоишх террасы с одинаковой ш 1риной, высотой и направлением.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.L Esaki, L. L. Chang, Superfine structures of semiconductors grawn by molecular-bea epitaxy. CRC Critical Reviews in Solid State Sciences, v. 6, N 2, 1976, p.p. 195-206

2.Ляшенко В. И. и др. Электронные явлени на поверхности полупроводьиков. Иэд-во Нау кова думка, Киев, 1968, стр. 29 (прототип).