Картографирование динамики активации ОПЗ в SiC/Si методами KPFM/STS: роль перезарядки граничных состояний

Аннотация

Представлен новый комбинированный метод $\textit{in situ}$ анализа электронных свойств гетероструктур с SiC/Si с субмикронным разрешением (30 нм), сочетающий сканирующую зондовую микроскопию Кельвина (KPFM) и сканирующую туннельную спектроскопию (СТС). Впервые экспериментально обнаружен пороговый эффект активации ОПЗ с характерным временем задержки $2,3\pm 0,5$ с и неэкспоненциальной релаксацией работы выхода $(\tau=35\pm 2$ с, $\beta=0,65\pm0,05)$, что указывает на распределение граничных состояний по энергии с характерной энергией $0,12$ эВ. Установлена количественная корреляция между морфологией границы раздела и пространственным распределением плотности состояний $(D_{it})$, показавшая 5-кратное превышение $D_{it}$ в областях дислокаций $(>5 · 10^{12}$ см$^{-2}\,·$ эВ$^{-1}$) по сравнению с атомарно гладкими террасами. Разработана физическая модель, связывающая градиент $D_{it}(x)$ с нелинейным изгибом зон в ОПЗ. Предложены конкретные инженерные решения для радиационно-стойких преобразователей: оптимизация геометрии контактов (снижение краевых полей на $30\%$), пассивация $Al_2O_3$ (снижение барьера Шоттки на $40\%$) и легирование для управления временем релаксации. Результаты позволяют целенаправленно улучшать КПД бета-вольтаических элементов и чувствительность детекторов ионизирующего излучения.