2000

Рис. 6-14. Зависимость подвижности носителей тока в тонки.х слоях HgTe от температуры обработки этих слоев в парах ртути [Л. 212].

давлением паров отдельных компонентов соединения при температуре испарения. Поэтому значительного улучшения электрических свойств можно достичь при помощи термообработки напыленных слоев в парах более летучей составляющей. В качестве примера на рис. 6-14 и 6-15 показана зависимость подвижности носителей тока в пленках HgTe. от температуры и времени обработки в парах ртути [Л. 212]. Приведенная по оси абсцисс температура одновременно является и температурой обработки слоя и тем-000\Т\ I I I I I I пературой ртути. Если непо

средственно после напыления слоя HgTe получают величину подвижности ц = = 600-1200 см1в-сек, то после оптимальной температурной обработки значения ц достигают 2 500- 3 500 CJH/e .Ьек. Приведенные данные относятся к пленкам толщиной около 1,3 мкм..

Второй метод, называемый тре.хтемпературным, основан на напылении двух составляющих интерметаллического соединения из раздельных источников. Этот метод дает возможность получать слои полупроводникового материала сте.чиометрического Состава путем подбора таких температур испарения отдельных элементов смйсек Г, и 72, при которых давление паров каждого из них над подложкой будет одинаковым [Л. 167, 168, 185]. Соответствующая температура подложки дает возможность правильно кристаллизоваться напыляющемуся полупроводниковому материалу.

На практике бывает, что температура подложки, необходимая для кристаллизации пленки, вызывает диссоциацию уле напыленного материала, если давления па-124

2 5 4 ч

Рис. 6-15. Зависимость подвижности носителей тока от времени термообработки пленок HgTe в парах ртути [Л. 212].

ров значительно отличаются. В таком случае давление пара более легколетучей составляющей поддерживается большим, чем того требует стехиометрический состав. Условия напыления, подобранные опытным путем, позволяют получать слои стехиометрического состава. На рис. 6-16 представлена схема установки Гюнтера, предназначенной для напыления материалов типа А™В". Обращает на себя внимание оригинальное размещение тиглей Г) и Гг с испаряемыми компонентами. Материал подложки находится на перемещаемом с помощью магнита держателе, что позволяет напылять несколько слоев без нарушения вакуума в системе.

Материалом подложки могут служить различные изоляционные пластинки, такие как слюда, керамика или непосредственно феррит. Материал подложки должен обеспечивать хоро- шее сцепление с напыленным материалом, а их температурные коэффициенты линейного расширения не должны сильно отличаться. Для напыления слоев HgSe и HgTe предпочтительно в качестве подложки применять слюду, так как основным преимуществом этих слоев является их большая

прочность на изгиб. Это, дает возможность помещать датчики в искривленные зазоры. В случае пленок InSb и InAs в качестве подложки обычно применяют стекло или Керамику.

Существенной проблемой является правильное изготовление контактов. Материал контакта должен удовлетворять следующим условиям:

1) не взаимодействовать с полупроводниковым материалом;

2) обладать хорошим сцеплением с подложкой;

3) обладать малым сопротивлением и обеспечивать малое переходное сопротивление металл-полупроводник;

4) допускать пайку проводника.

По отношению к HgTe и HgSe ни один из материалов не выполняет всех перечисленных условий.

Рис. 6-16. Схема установки для напыления тонких слоев трехтем-пературным методом [Л. 167].

:-ICдлoжкa; Z-K вакуумному насосу.

Условиям 1 и 2 удовлетворяют Pt, Au и Ni. Чаще всего применяется напыление двух материалов, из которых один обеспечивает хороший и постоянный контакт с полупроводником, а второй уменьшает сопротивление контакта [Л. 211]. Применяются контакты, например, Ni~Ag либо Au -Ag и т. д. Гюнтер и Фреллер предлагают в качестве контактов к датчикам Холла, изготовленным из InAs и InSb, серебро [Л. 167, 168].

Припайка проволочных выводов производится с помощью различных низкотемпературных припоев, основной составляющей которых является олово. Иногда, од-

Рис. 6-17. Маска для напыления контактов датчика Холла.

Рис. 6-18. Маска для напыления датчика Холла.

нако, лучшие результаты получаются при пайке индием [Л. 37, 211]. В некоторых случаях слишком низкая температура плавления индия (15б°С) может ограничивать его применение.

Остается рассмотреть вопрос изготовления масок, применяющихся для напыления. Прн изготовлении датчиков Холла больших размеров можно для изготовления масок использовать металлическую фольгу. Однако, когда размеры датчиков малы, для изготовления масок следует применять фотолитографический метод, как это делали, например, авторы работ [Л. 98 и 211]. На рис. 6-17 и 6-18 показан набор масок для напыления контактов и полупроводниковой пленки, изготовленных фотолитографическим методом. Этот метод дает возможность напылять контакты относительно полупроводниковой пленки с очень большой точностью, что имеет большое значение для достижения малых значений остаточного напряжения в датчиках Холла.

Свойства InSb и InAs. Тонкие пленки полупроводниковых материалов типа АВ представляют собой интерес с точки зрения применения их для датчиков Холла. Следует, однако, подчеркнуть, что из анализа большого числа публикаций, посвященных этой проблеме 126

Ш. 28, 76, 366, 619], видны большие технологические трудности, которые нужно преодолеть, чтобы получить пленки с хорошими свойствами. Некоторых успехов в этом достигли Гюнтер с сотрудниками [Л. 167, 168, 169] при помощи своего трсхтемиера-турного метода, описанного в § 6-2. Авторы получили в тонких пленках температурные характеристики коэффициента Холла почти такие же, как и в кристаллическом материале, однако удельные сопротивления тонких пленок были в 2,5-5 раз (большими, чем удельное сопротивление кристаллического материала. Тем-

Рие 6-19. Температурная зависимость коэффициента Холла в тонких слоях InSb и InAs [Л. 169].

лического материала. Температурные характеристики тонких пленок InSb и InAs, а также характеристики исходных кристаллических материалов приведены на рис 6-19 и 6-20 {Л. 167]. Пленки с такими свойствами можно получать с толщиной от 1

до 5 мкм. Червенак и Мар-цпн (Л. 76] показали, что температурный коэффици- ент .холловского напряжения в пленках InSb снижается по мере уменьшения Rn и меняет знак с положительного на отрицательный, так что при Rh=\5 см/к Р составляет только +0,013%/град. При таких температурных характеристиках напряжение Холла, соответсг-вующее индукции В = = 10 кгс, равно 400 Л0, так что чувствительность \= = 40 мкв/гс, а у= = 8 в/а-кгс.

Рис. 6-20. Температурная зависимость подвижности носителей тока в тонких слоях InSb и InAs [Л. 169].

8 кгс

Рис. 6-21. Зависимость выходного напряжения от индукции в пленочных датчиках Холла из InSb н InAs [Л. 169].

слё/в сек

-200 -100 О 100 "С

Рис. 6-22. Температурные характеристики подвижности носителей тока в пленках HgTe [Л. 585] (цифры 44, 55-номера исследованных образцов).

см/к -

Рис. 6-23. Температурные характеристики коэффициента олла в пленках HgSe (цифры /, 44, 55-номера исследованных образцов).

/-[Л 615]; 44, 55-(л. 685]. 128

(OMCMf

-200

-100

100 "С

Рис. 6-24. Температурные характеристики удельной электропроводности в пленках HgSe (цифры /, 44, 55 - номера исследованных образцов).

/ - [Л. 6151; 44, 55-[л. 585].

см/всек

гооо

Рис. 6-25. Зависимость подвижности носителей тока от толщины пленки HgSe.

см/всеп

-200 -100

100 "с

Рис. 6-26. Температурная зависимость подвижности носителей тока в пленках HgTe (цифры /, 27, 56, 57 - номера исследованных образцов).

/-1л. 613]; 27-[л. 212]; 55, 57-(Л. 5851.

Как указывает Гюнтер (Л. 168, 169], пленки InSb, как и InAs, имеют линейную зависимость UyH от магнитного поля только до значений индукции В = 6 кгс. При больших значениях индукции возникает значительная нелинейность, вызванная явлениями, см/к происходящими на гра- 0 ницах зерен. Зависимость напряжения Хол- ла UyH = f(B) в этих пленках приводится на рис. 6-21.

Свойства HgSe и HgTe. Тонкие пленки селенида и теллурида ртути были впервые описаны Елпатьевской [Л. 584, 585, 590]. Вначале целесообразно остановиться на свойствах селенида ртути, который был также изучен Котом и Мшенским ([Л. 615]. На рис. 6-22-6-24 представлены взятые из вышеупомянутых работ температурные характеристики сг, Ян и Из сравнения этих )исунков становится очевидным основное преимущество gSe, а именно -очень маленькая температурная зависимость. Недостатком его являются, однако, небольшие значения коэффициента Холла, что ограничивает чувствительность датчиков Холла. Максимальные значения подвижности, полу-

Рис. 6-27. Температурная зависимость коэффициента Холла в пленках HgTe. Обозначения как на рис. 6-26.

ЮМ.-сну 400 300

ченные в этих пленках, как указывает Елпатьев-ская, достигают значения около 4 000 CMIe-ceK. На рис. 6-25 Показана зависимость ц от толщины пленки. Очевиден значительный разброс результатов, который можно объяснить различием применявшихся технологий. Тонкие пленки теллурида ртути, кроме Елпатьевской, изучали Кот и Ма-рончук [Л. 613], а также Игнатович и Кобус [Л. 212]. Ма-

Рис. 6-28. Температурная зависимость удельной электропроводности в пленках HgTe. Обозначения, как на рис. 6-26.

9-1401