☷

Численное решение уравнения Пуассона в кремниевой n-i-p-наноструктуре с учетом поверхностных состояний

DOI: 10.21293/1818-0442-2026-29-2-93-98

Скачать текст статьи в формате PDF

Скачать JATS xml

Аннотация: Актуальность. В последнее время достаточно широкое распространение получили n-i-p-наноструктуры в составе современных электронных приборов. Поверхностные электронные состояния влияют на распределение носителей заряда в объеме кремниевой n-i-p-наноструктуры с диффузионным распределением доноров и акцепторов, что изменяет свойства полупроводниковых приборов. Этот эффект изучен не полностью. Цель исследования. Анализ влияния плотности поверхностного заряда на распределения концентрации электронов, дырок и их дрейфовой скорости в n-i-p-наноструктуре. Методы. Для моделирования изменения концентрации носителей заряда, зависящей от потенциала электрического поля, использован метод численного решения уравнения Пуассона с учетом поверхностных состояний. Научная новизна. Получены принципиально новые знания о влиянии поверхностных состояний на область пространственного заряда кремниевой n-i-p-наноструктуры. Результаты. Показано, что поверхностные состояния создают область пространственного заряда, в которой уменьшаются разность электрического потенциала на границах структуры и концентрация основных носителей заряда. Поэтому электрическая проводимость поверхностной области оказывается меньше, чем в легированном слое. Дрейфовая скорость термолизованных носителей заряда меняет знак на противоположный в поверхностной области. Уменьшение плотности поверхностных состояний до 10^{16} м^{−2} практически устраняет эти эффекты. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы в полупроводниковой наноэлектронике для совершенствования известных и создания новых приборов.

Ключевые слова: n-i-p-наноструктура, потенциал электрического поля, поверхностные состояния, электроны, дырки, кремний, дрейфовая скорость

Библиография статьи:
Богатов Н. М. Численное решение уравнения Пуассона в кремниевой n-i-p-наноструктуре с учетом поверхностных состояний / Н. М. Богатов [и др.] // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2026. – Т. 29, № 2. – С. 93–98. DOI: 10.21293/1818-0442-2026-29-2-93-98

Авторы и правообладатели:

  • 1. Характеристики pin-структуры с дискретно металлизированной поверхностью i-области / А.А. Даниленко, А.Д. Иванов, В.Л. Иванов, В.В. Марочкин, Н.И. Михайлов, В.В. Перепеловский // Известия вузов России. Радиоэлектроника. – 2020. – Т. 23, № 1. – С. 41–51.
  • 2. Торина Е.М. Транзисторы для твердотельных СВЧ-переключателей (обзор) / Е.М. Торина, В.Н. Кочемасов, А.Р. Сафин // Известия вузов России. Радиоэлектроника. – 2023. – Т. 26, № 3. – С. 6–31.
  • 3. A study on the high power microwave effects of PIN diode limiter based on deep learning algorithm / H. Chen, W. Gao, Y. Zhao, S. Wang, X. Yan, H. Zhou, S. Chen, H. Liu // Nanotechnology. – 2024. – Vol. 35, No. 26. – P. 265202.
  • 4. Shockley W. The theory of n–p junctions in semiconductors and n–p-junction transistors // Bell Syst. Tech. J. – 1949. – Vol. 28, No. 7. − P. 435−439.
  • 5. Sze S.M. Physics of Semiconductor Devices / S.M. Sze, Y. Li, K.K. Ng. – 4th ed. – Wiley, 2021. – 944 p.
  • 6. Kazuya M. Elementary Semiconductor Device Physics / M. Kazuya, A. Shuhei. – Boca Raton: Taylor & Francis, 2024. – 362 p.
  • 7. Numerical Simulation and Hole Transport Layers Optimization of a Lead Sulfide-Based Solar Cell with a Power Conversion Efficiency of Above 22% / E.L. Meyer, I. Vulindlela, A. Paca, M.A. Agoro, N. Rono // Coatings. – 2025. – Vol. 15, No. 3. – Art. 255.
  • 8. Numerical Solution of Charge Transport Equations in Semiconductors / M. Benaichi, A. Karkri, A. Khriss, R. Zarrouk // EHEI Journal of Science and Technology. – 2024. – Vol. 04, No. 1. – P. 42–47.
  • 9. Alahmadi A.N.M. Numerical Analysis and Design of Hole and Electron Transport Layers in Lead-Free MASnIBr2 Perovskite Solar Cells // Eng. – 2025. – Vol. 6, No. 9. – Art. 222.
  • 10. Моделирование солнечной батареи космического аппарата в процессе эксплуатации на орбите / Р.В. Козлов, Д.Д. Дубов, В.Г. Букреев, А.П. Пичугин // Доклады ТУСУР. – 2025. – Т. 28, № 3. – С. 163–170.
  • 11. Богатов Н.М. Распределение заряда в резком несимметричном равновесном n–p-переходе // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. – 2016. – № 3. – С. 12–17.
  • 12. Богатов Н.М. Численное решение уравнения Пуассона в n–p-переходе с учетом поверхностных состояний // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. – 2024. – Т. 21. – № 3. – С. 61–69.
  • 13. Влияние поверхностных состояний на электрическое поле n-p перехода / Н.М. Богатов, В.С. Володин, Л.Р. Григорьян, М.С. Коваленко // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2024. – № 3. – С. 266–275.
  • 14. Моделирование электрического поля кремниевой n–i–p-наноструктуры / Н.М. Богатов, В.С. Володин, Л.Р. Григорьян, М.С. Коваленко // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2025. – № 5. – С. 123–133.
  • 15. Старосельский В.И. Физика полупроводниковых приборов микроэлектроники: учеб. пособие для вузов. – М.: Юрайт, 2022. – 463 с. [Электронный ресурс]. – URL: https://urait.ru/bcode/509181 (дата обращения: 15.12.2025).
  • 16. Барыкин Д.А. Численное моделирование туннельного эффекта в гетероструктуре нитрида галлия на кремнии / Д.А. Барыкин, К.Ю. Шугуров, А.М. Можаров, И.С. Мухин // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. – 2024. – Т. 17, № 3. – С. 46–56.
  • 17. Зикриллаев Н.Ф. Автоколебательные процессы в кремнии, проблемы и перспективы исследования и применение их в электронике / Н.Ф. Зикриллаев, М.М. Шоабду-рахимова, К.С. Аюпов, Ф.Э. Уракова, О.С. Нематов // Электронная обработка материалов. – 2023. – Т. 59, № 5. – С. 56–71.
  • 18. Яфаров Р.К. Влияние встроенного поверхностного потенциала на ВАХ кремниевых МДП-структур // Микро-электроника. – 2019. – Т. 48, № 2. – С. 155–159.
  • 19. Александров О.В. Влияние интенсивности ионизирующего облучения на отклик МОП-структур // Физика и техника полупроводников. – 2021. – Т. 55, В. 2. – С. 152–158.
  • 20. Волковский Ю.А. Исследование состояния припо-верхностного слоя полированных кремниевых подложек методом рентгеновской рефлектометрии в зависимости от методов их очистки / Ю.А. Волковский, А.Ю. Серегин, М.С. Фоломешкин, П.А. Просековa, М.Д. Павлюк, Ю.В. Писаревский, А.Е. Благовa, М.В. Ковальчук // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2021. – № 9. – С. 40–48.
  • 21. Юров В.М. Толщина поверхностного слоя типичных полупроводников / В.М. Юров, Т. Жанабергенов, С.А. Гу-ченко // The scientific heritage. – 2020. – № 43. – С. 20–23.
  • 22. A review of some charge transport properties of silicon / C. Jacoboni, C. Canali, G. Otiaviani, A. Alberigi Quaranta // Solid-State Electronics. – 1977. – Vol. 20, No. 2. – P. 77–89.
  • 23. Black silicon solar cells with interdigitated back-contacts achieve 22.1% efficiency / H. Savin, P. Repo, G. von Gas-trow, P. Ortega, E. Calle, M. Garín, R. Alcubilla // Nature Nanotechnol. – 2015. – Vol. 10, No. 7. – P. 624–628.
  • 24. Shobitha G.S. Potentiality of Avalanche Transit Time Devices for Biomedical Applications: A Comprehensive Review / G.S. Shobitha, G.C. Ghivela // Biomedical Materials & Devices. – 2026. – Vol. 4. – P. 4121–1437.
  • 25. Wang B. High-speed Si-Ge avalanche photodiodes / B. Wang, J. Mu // PhotoniX. – 2022. – Vol. 3, No. 8. DOI: https://doi.org/10.1186/s43074-022-00052-6.
  • 26. Андрианов А.В. Генерация терагерцевого излучения в полупроводниках / А.В. Андрианов // Физика твердого тела. – 2023. – Т. 65. – В. 10. – C. 1633–1671.
Адрес редакции

  634050, г. Томск, пр. Ленина, 40, МК, каб. 310/2

  (3822) 701-582, внутр.: 1456

  journal@tusur.ru