REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 38, No. 1, 2006

137

COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO ELÉCTRICO DE DIODOS TIPO SCHOTTKY DE LA FORMA Ag-Si y Ag-(P)Si-Si

Idrobo L. F1., Patiño M. M2., Racedo F3.

1Grupo Electrónica del Estado Sólido, ELES/Dpto. de Física /Universidad del Cauca/Colombia 2Grupo de Óptica y Láser, GOL/Dpto. de Física /Universidad del Cauca/ /Colombia

3Grupo GOEL/Dpto. de Física /Universidad del Atlántico/Colombia (Recibido 16 de Sep.2005; Aceptado 16 de Enr.2006; Publicado 28 de Abr. 2006)

RESUMEN En el estudio de dispositivos semiconductores tales como diodos y transistores, es importante ana-lizar las características de corriente y voltaje de estos, con el propósito de identificar valores eléc-tricos típicos propios del funcionamiento de los mismos. En este trabajo se realiza una compara-ción de los voltajes de ruptura obtenidos de las curvas experimentales de I-V, de diodos tipo schottky con dos tipos de estructuras, la primera con un contacto rectificante entre silicio cristalino tipo p y plata metálica; y la segunda una estructura similar a la anterior, a diferencia de que en esta se reemplazó la capa de oxido nativo presente entre el contacto rectificante, por una capa de silicio poroso. Se presentan los resultados obtenidos y una discusión de los mismos.

Palabras claves: Diodos, schottky, silicio poroso, voltaje de ruptura.

ABSTRAC In the study of semiconductor devices such as diodes and transistors, it is important to analyze the characteristics of current and voltage of these, in order to identify own electrical typical values of operation. In this work is obtained a comparison of rupture voltages analyzing experimental I-V curves of diodes type schottky with two types of structures, first with a rectifier contact between crystalline silicon type p and metallic silver; and second structure similar to the previous one, unli-ke that in this the layer of native oxide present between the rectifier contact was replaced by a la-yer of porous silicon. Are present the results obtained and a discussion of this.

Keywords: Diodes, schottky, porous silicon.

1. Introducción El estudio del comportamiento eléctrico de dispositivos semiconductores, es de gran importancia en el momento que se desean conocer las características eléctricas, tales como el voltaje de disparo del diodo en polarización directa, el voltaje de ruptura en polarización inversa y la corriente de saturación, con estas cantidades es posible determinar o describir el funciona-miento del dispositivo desde el punto de vista físico, logrando obtener de manera adicional valores tales como; la resistencia serie, la resistencia paralelo, la eficiencia del dispositivo en el caso de que sea fotosensible y demás valores que son de gran utilidad. En las últimas décadas el silicio poroso a tomado gran importancia en el proceso de fabricación de dispositivos semiconductores actuando como capa activa en elementos de uso común en la industria electrónica tales como fotodiodos, celdas solares, entre otros[1,2]. Con el propósito de observar el impacto de este material sobre los dispositivos mencionados, se realiza

REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 38, No. 1. 2006

138

una comparación eléctrica de dos tipos de estructuras fabricadas; la primera obtenida por medio de un contacto rectificante entre silicio cristalino tipo p (Sip) y plata metálica (Ag); y la segunda estructura con una forma similar pero en la que se reemplazó la capa de oxido nativo presente entre el contacto rectificante plata-silicio tipo p (Ag-Sip), por una capa de silicio poroso ((P)Si), formándose la estructura: plata-silicio poroso-silicio (Ag-(P)Si-Sip), de las cuales se encuentran muy pocos reportes en la literatura[3,4]. A estos dispositivos se les realizaron medidas de las características de corriente-voltaje, bajo los regímenes de oscuridad e iluminación, observando una notable diferencia en la región de polarización inversa entre ambos. 2. Procedimiento La fabricación de los dispositivos se hizo utilizando una oblea de silicio cristalino con una orientación (1,0,0) y resistividad de 0,4 Ωcm, a la cual se le depositó una capa de plata metálica por el método de evaporación, esta capa se depositó sobre las dos estructuras, a través del mismo método, a diferencia de que en la estructura formada con silicio poroso, primero se creció este sobre la superficie del silicio cristalino y luego se evaporó la plata para formar el contacto rectificante. En la fabricación del silicio poroso se hizo necesario utilizar una fuente que lograra mantener un valor constante de corriente de forma tal, que al aplicar los niveles de corriente necesarios para realizar el proceso electroquímico entre el silicio cristalino y el ácido fluorhídri-co, el valor requerido de corriente permaneciese estable. Este proceso se conoce como el méto-do de anodización, el cual permite obtener silicio poroso sobre la superficie del silicio cristalino tipo p, cuando a través de este circula una corriente directa de valor fijo, normalmente los valo-res deseados de corriente para la obtención de silicio poroso se encuentran en el rango de 10mA a 50mA[5]. Después de realizar varias pruebas experimentales se encontró que el silicio poroso de mejores características se obtuvo al aplicar una corriente de 20mA, en un tiempo inferior a 8 minutos. La caracterización eléctrica de los dispositivos se realizó, por medio de un sistema automatizado, logrando fiabilidad y agilidad, en la toma de los resultados y el procesamiento de los mismos. 3. Resultados Figura 1. a) Característica I-V, de la estructura Ag-Sip, en oscuridad. b). Característica I-V, de la estructu-ra Ag-Sip, en iluminación.

-2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0

-10

-8

-6

-4

-2

0

Cor

ient

e (m

A)

Voltaje (V)

(b)

-2,5 -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0

-10

-8

-6

-4

-2

0

Cor

rient

e (m

A)

Voltaje (V)

(a)

REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 38, No. 1, 2006

139

En los resultados obtenidos se observa que los dispositivos fabricados, presentan el efecto rectificante propio de la unión metal semiconductor, esto se debe a que la unión de un metal; en nuestro caso la plata y un semiconductor el silicio cristalino tipo p; forma una barrera de potencial conocida como barrera tipo Schottky. En la figura 1a, se puede observar la característica corriente-voltaje (I-V) en polariza-ción inversa (cuarto cuadrante) bajo el régimen de oscuridad, de la estructura Ag-Sip, donde se encuentra que esta estructura tiene un voltaje de ruptura inferior a 2,4V a una corriente de 10mA. Con el propósito de observar si existe algún tipo de comportamiento fotovoltaico en la estructura se realiza la característica I-V, de la misma pero en este caso bajo el régimen de ilu-minación; comparando las figuras 1a y 1b, se evidencia, que este tipo de estructura a pesar de presentar un efecto rectificante, típico de un diodo rectificador, posee una respuesta a la ilumi-nación desde el punto de vista práctico despreciable, tal como era de esperarse en esta clase de dispositivos. Figura 2. a) Característica I-V, de la estructura Ag-(P)Si-Sip, en oscuridad. b) Característica I-V, de la estructura Ag-(P)Si-Sip, en iluminación. La figura 2a, corresponde a la característica I-V de la heteroestructura Ag-(P)Si-Sip, en régimen de oscuridad, en esta se observa un voltaje de ruptura superior a 10V, el cual se ha incrementado notablemente, en comparación a la estructura Ag-Sip, esto se debe a la presencia de la capa interfacial de silicio poroso ((P)Si), la cual aumenta la altura de la barrera y por tanto provoca un mayor voltaje de ruptura del dispositivo. En la figura 2b, se observa la característica I-V de la heteroestructura Ag-(P)Si-Sip, esta vez bajo iluminación; se puede observar que en la región de polarización inversa el disposi-tivo fabricado presenta una respuesta similar a la de un fotodetector, tal hecho es provocado por la presencia de la capa de silicio poroso existente en la interfaz metal-semiconductor. Comparando las figuras 1 y 2, se observa que el comportamiento del dispositivo fabri-cado con la capa interfacial de silicio poroso presenta una respuesta como dispositivo rectifican-te, superior a la del dispositivo al cual no se le adicionó el silicio poroso, esto por el mayor

-10 -8 -6 -4 -2 0 2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

Cor

rient

e (m

A)

Voltaje (V)

-10 -8 -6 -4 -2 0 2

-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

Cor

rient

e (m

A)

Voltaje (V)

(a) (b)

REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 38, No. 1. 2006

140

voltaje de ruptura y la menor corriente de saturación inversa; gracias a sus características el dispositivo con la capa interfacial de silicio poroso puede utilizarse como fotodiodo. 4. Conclusiones De acuerdo a la caracterización realizada bajo el régimen de oscuridad se observó que el dispositivos cuya heteroestructura es de la forma Ag-(P)Si-Sip., trabaja con rangos de co-rriente y voltaje mayores que los del dispositivo con estructura Ag-Sip. Esta diferencia se hace más apreciable en la región de polarización inversa donde el dispositivo con la capa de silicio poroso presenta un voltaje de ruptura superior a 10v, lo cual permite concluir que este tipo de dispositivo puede ser utilizado como diodo de protección. La fotorespuesta presentada por el dispositivo con estructura Ag-Sip es despreciable en comparación con la que presentó el dispositivo con la capa de silicio poroso. Con ello se puede afirmar que al agregar la capa interfacial de silicio poroso, las propiedades de este, le otorgan características fotovoltaicas al dispositivo convirtiéndolo en un fotodetector. La característica en el cuarto cuadrante de la curva I-V en régimen de iluminación, indica que la heteroestructura de la forma Ag-(P)Si-Sip, tiene una alta resistencia en serie gene-rada por la presencia del silicio poroso entre el contacto rectificante. El incremento de la resis-tencia en serie también es debido al débil contacto óhmico entre los terminales de conexión del dispositivo, las películas depositadas y el silicio cristalino.

Referencias [1] D. R. Konz, and R. J. Soukup, "Quality Hydrogenated Amorphous Silicon Deposited by

Triode Reactive Sputtering", Solar Energy Materials and Solar Cells, 56, 175-182. [2] T. Tsuzuki, Y. Shirota, J. Rostalski, and D. Meissner, Solar Energy Materials and Solar

Cells, 61, 1-8 (2000).. [3] A. V. Bodrovoi, V. A. Bodrovoi, V. A. Skryshevskyi, S. G. Bunchuk, L. M. Khnorozok.

Photoelectric Properties Of Metal-Porous Silicon-Silicon Planar Heteroestructures, Semi-conductor Physics, 2002 V. 5, N 4.

[4] O.V. Vakulenko, S.V. Kodratenko. Photovoltage and Photocurrent Spectroscopy of Lumi-niscent Porous Silicon. Semiconductor Physics, 2003 V. 6, N 2..

[5] R. Bilyalov, L. Stalmans, and J. Poortmants, J. Electrochem. Soc., 150 (3), G216-G222, 2003.