Способ изготовления полупроводниковых сверхрешеток

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СВЕРХРЕШЕТОК, включающий создание на МДП-структуре периодически меняющегося поверхностного потенциала, отличающийся тем, что, с целью улучшения выходных параметров сверхрешеток и упрощения технологии, периодически меняющийся потенциал создают путем проецирования электронного изображения системы кристаллических плоскостей вспомогательного монокристалла на поверхность МДП-структуры.

Изобретение относится к микроэлектронике и может найти применение при создании полупроводниковых приборов с использованием сверхрешеток.
Известен способ создания одномерных сверхрешеток возбуждением ультразвуковой волной, однако необходимость использования очень высоких звуковых мощностей делает его мало приемлемым для практического применения.
Известен способ изготовления полупроводниковых приборов со сверхрешеткой, заключающийся в послойном выращивании структур со слоями различного состава (например, GaAs-Ga_1-хAl_хAs) с переходом 50-100 и количеством периодов, равным 100, методом молекулярных пучков.
Для изготовления описанных полупроводниковых приборов со сверхрешеткой используют сложные установки, в которых необходим вакуум порядка 10^-10 мм рт.ст. с дорогостоящим оборудованием для контроля и управления процессом.
Известен также способ изготовления полупроводниковых сверхрешеток, включающий создание на МДП-структуре периодически меняющегося поверхностного потенциала.
Сверхрешетка создается путем глубокого окисления соответствующим образом ориентированной подложки, например для кремния необходимо задать угол наклона к плоскости (III) в зоне (II0). При этом на границе раздела полупроводник-диэлектрик создается система атомных ступеней со строгой периодичностью, образующих террасы, которые характеризуются определенной высотой и шириной. Эта система ступеней создает дополнительный периодический потенциал в полупроводниковой структуре, период которого превышает постоянную решетки кристалла и может задаваться ориентацией поверхности.
Недостатком такого способа изготовления полупроводниковой сверхрешетки является ограниченный диапазон изменения периода и величины модуляции потенциала, что снижает выходные параметры устройства.
Кроме того, необходим жесткий контроль ориентации поверхности полупроводниковой подложки, что усложняет технологию.
Целью изобретения является улучшение выходных параметров сверхрешеток и упрощение технологии.
Поставленная цель достигается тем, что периодически меняющийся потенциал создают путем проецирования электронного изображения системы кристаллических плоскостей вспомогательного монокристалла на поверхность МДП-структуры.
П р и м е р. Берут кремниевую полупроводниковую подложку с произвольной ориентацией, на поверхности которой сформировано диэлектрическое покрытие, например SiО₂-Si₃N4. На диэлектрическое покрытие наносят металлический слой, например, толщиной 100-200 .
Полупроводниковую пластину помещают в плоскость изображения линзы электронно-оптического устройства. При проецировании электронного изображения системы плоскостей, находящихся в условиях брегговской дифракции, от пластины вспомогательного монокристалла толщиной 0,1 мкм в плоскости изображения линз формируется пучок электронов с энергией 1-10 10⁴ эВ, модулированный в одном направлении с периодичностью D=Мd, где М коэффициент увеличения электронно-оптической системы; d межплоскостное расстояние для плоскостей кристаллической решетки, находящихся в условиях брегговской дифракции.
При использовании вспомогательного монокристалла с межплоскостными расстояниями 2-10 и при М=(20-30) период модуляции плотности электронного пучка будет равен 40-300 . Электроны, падающие на диэлектрический слой, частично захватываются в нем. Встроенный в диэлектрическом слое заряд, пропорциональный локальной плотности электронного потока, приводит к модуляции потенциала на поверхности полупроводниковой пластины. Тонкий слой металла "прозрачный" для электронов, служит для предотвращения эффекта электростатического накопления зарядов.
Возможно вместо проецирования изобретения кристаллических плоскостей вспомогательного кристалла использовать муаровые полосы, например, для системы Ge-Si. Для этой системы дифракция при отражении от плоскостей (220) с d= 48 позволяет получить шаг модуляции электронного потока (100-500) , существенно уменьшая требования к разрешению электронно-оптической системы.
Модуляция поверхностного потенциала с шагом порядка нескольких периодов решетки полупроводника приводит к изменению энергетической зонной структуры для движения носителей вдоль направления периодичности. При этом может быть реализован ряд эффектов, например получение отрицательного дифференциального сопротивления, сдвиг границы поглощения в более длинноволновую область. С помощью металлического электрода, расположенного над слоем диэлектрика, подачей обедняющего напряжения можно создать тонкий инверсионный слой для того, чтобы ограничить объем полупроводника, в котором движутся носители, взаимодействующие с дополнительным периодическим потенциалом электрического поля, созданный встроенным зарядом в диэлектрическом покрытии.
Важным преимуществом настоящего изобретения является возможность выбора в широком диапазоне периода модуляции потенциала на поверхности полупроводниковой подложки путем подбора вспомогательного кристалла и коэффициента увеличения магнитной линзы. Величина модуляции потенциала на поверхности полупроводниковой подложки определяется энергией и интенсивностью электронного изображения системы плоскостей вспомогательного монокристалла и также может регулироваться в широком диапазоне. Это позволяет улучшить параметры полупроводникового прибора со сверхрешеткой. Кроме того, становится несущественной ориентация поверхности полупроводниковой подложки.