Passivation Mechanism of the Native Oxide/InAs Interface by Fluorine

Abstract

Comparative experimental and theoretical studies of the fluorine/oxygen ratio influence on the structural and electronic properties of the anodic layer (AL)/InAs interface by XPS, HRTEM, C–V (77K) measurements and ab initio calculation of fluorine and oxygen adsorption on the InAs(111)­A-(1 × 1) unreconstructed surface were performed. The well-ordered transition layer (TL), composed of indium and arsenic oxyfluorides, and extension of the interplanar distance at the fluorinated anodic layer (FAL)/InAs interface were experimentally revealed. The theoretical modeling of AL/InAs and FAL/InAs interfaces showed that the fluorinated TR formation removes the InAs surface distortion, whereas the In­(InAs)–F–As­(FAL) and In­(InAs)–O–As­(FAL) bond formation is a reason for the interplanar distance increase between FAL and the InAs surface. The decrease of the interface state density in the InAs bandgap and the Fermi level unpinning at the FAL/InAs interface result from the positive charge increase on FAL arsenic atoms near the InAs surface during the As–F bonds formation, while the electron accumulation on oxygen atoms and InAs subsurface arsenic atoms is the reason for the states appearance in the InAs bandgap at the anodic (native) oxide/InAs interface.

Модификация Атомной И Электронной Структуры Поверхности Полупроводников А-=sup=-Iii-=/Sup=-В-=sup=-v-=/Sup=- На Границе С Растворами Электролитов О Б З Ор

“…Кроме того, при электрохимическом формировании анодных оксидов на поверхности полупроводников А III В V в ряде случаев удалось существенно снизить плотность ИС на границе полупроводник/оксид. В частности, при добавлении NH 4 F в кислотный электролит для электрохимического окисления InAs(111)A было обеспечено существенное снижение плотности состояний на границе с оксидом за счет формирования на поверхности фторидов индия [131], а также оксифторидов индия и мышьяка [132].…”

Влияние адсорбции кислорода и фтора на электронную структуру поверхности InSb(111)

“…Отметим, что при моделировании влияния фтора кислород находился в наиболее выгодной мостиковой позиции, тогда как повышение концентрации фтора проводилось не последовательно, а одновременным размещением всех адатомов фтора над In-поверхностного слоя. В целом последовательность адсорбции кислорода и фтора, как показано в [26], несущественно влияет на структуру поверхностных состояний в запрещенной щели.…”

“…В целом установленные тенденции в изменении атомной и электронной структуры при адсорбции фтора и кислорода и их коадсорбции на поверхности InSb(111)A согласуются с выявленными ранее на поверхностях полупроводников InAs и GaAs [26,26], что указывает на слабое влияние как анионов, так и катионов на взаимодействие электроотрицательных адсорбатов с поверхностью А III В V (111)А. Полученные результаты способствуют более глубокому пониманию электронных свойств поверхности (111) полупроводников А III В V , что важно как для их практического применения, так и для прогнозирования электронных свойств тройных полупроводниковых соединений на их основе.…”

Влияние фтора на плотность состояний на границе раздела анодный оксидный слой/In-=SUB=-0.53-=/SUB=-Ga-=SUB=-0.47-=/SUB=-As

“…В работах [9,10] показано, что после обработки границ раздела диэлектрик (HfO 2 , Al 2 O 3 )/InGaAs в высокочастотной плазме CF 4 с последующим отжигом при 500 • C в атмосфере азота наблюдается уменьшение D it . На границах раздела диэлектрик/А 3 В 5 (InAs [11,12], GaAs [13,14]) плотность состояний также снижается при анодном окислении в присутствии фтора или обработке газообразным фтором поверхности полупроводника перед осаждением диэлектрического слоя. Данные о влиянии фтора при анодировании поверхности InGaAs, а также температуры последующего отжига структур на электронные свойства границы раздела диэлектрик/InGaAs с переходным анодным оксидным слоем (АОL) в литературе отсутствуют.…”

“…Анодные слои формировались в таунсендовской газоразрядной плазме (Ar : O 2 = 4 : 1 и Ar : O 2 : CF 4 = 7 : 2 : 1) после обезжиривания образцов в диметилформамиде и удаления естественного оксида в растворе HCl (концентрированная) : Н 2 О = 1 : 10. Методика анодного окисления подробно описана в работе [11] На основании данных о влиянии фтора на химический состав и электронные свойства границ диэлектрик/полупроводник, сформированных анодными слоями на бинарных соединениях InAs и GaAs [11][12][13], которые подобны по химическому составу InGaAs, можно сделать вывод, что образование оксифторидов и/или фторидов элементов полупроводника в анодном слое приводит к снижению плотности состояний на границе раздела SiO 2 /FАОL/InGaAs. Снижение D it после отжига при температуре 300 • C, по-видимому, связано с образованием более упорядоченной и равновесной структуры фторсодержащего слоя, тогда как ухудшение электронных свойств при более высоких температурах обусловлено разрушением связей со фтором на границе раздела и в анодном слое.…”