« Взаємозв`язок електрофізичних властивостей нанопористого кремнію з умовами його отримання | Главная | Математическое моделирование токов полупроводниковой структуры с p-n переходом »
CV-исследования электрофизических параметров тонких пленок СеО2 в МДП-структуре Al-СеО2-n-Si-Al
Автор: admin | 20 Апр 2010
УДК 621.382
CV-исследования электрофизических параметров тонких пленок
СеО2 в МДП-структуре Al-СеО2-n-Si-Al
Л.Н. Королевич, А.В. Борисов, А.С. Прокопенко, А.Н. Миняйло
В работе исследуются электрофизические параметры тонких пленок СеО2 в МДП-структуре Al-СеО2-n-Si-Al, полученных методом “взрывного” испарения.
In this article the electrophysical parameters of the thin films of СеО2 in the MOS-structure Al-СеО2- n-Si-Al which obtained by the method of “explosive” evaporation are investigated.
Введение
Основной задачей электроники МДП-приборов является повышение стабильности их характеристик. Для этого необходимо, в первую очередь, снизить плотность поверхностных состояний. В широко используемых МДП-cтруктурах на основе диоксида кремния плотность поверхностных состояний составляет порядка 1011…1014 см-2 [4]. Это связано с тем, что при проведении термических операций возникают различные дефекты. Отказы, связанные с поверхностными дефектами, составляют 33,4% от общего числа отказов. Для уменьшения этого значения применяют новые типы подзатворных диэлектриков. Тенденция замены SiO2 на другие подзатворные диэлектрики происходит из-за того, что SiO2 обладает повышенными токами утечки, а также повышенным пороговым напряжением. В связи с этим в данной работе проводятся CV-исследования электрофизических параметров тонких пленок СеО2, которые обладают более высокой диэлектрической проницаемостью, термической и химической стабильностью, в МДП-структуре Al-СеО2-n-Si-Al, полученных методом “взрывного” испарения. Новизна работы заключается в применении в качестве подзатворного диэлектрика пленок оксида
церия, что приводит к улучшению параметров границы раздела диэлектрик-полупроводник. Повышенный интерес к исследованиям соединений редкоземельных элементов обусловлен тем, что многие из них обладают уникальным сочетанием оптических, электрических и магнитных свойств. По данным исследований электрофизических характеристик МДП-структур с оксидами редкоземельных элементов (ОРЗЭ) [1], эти оксиды обладают высокой стабильностью диэлектрических и электрических свойств, большой диэлектрической проницаемостью, химической стойкостью, большой шириной запрещенной зоны. Целью выполняемой работы является исследование CV характеристик МДП-структур с оксидом церия в качестве подзатворного диэлектрика. Обоснование выбора подзатворного диэлектрика СеО2 Основная часть МДП-приборов на основе кремния создается с использованием в качестве диэлектрика пленок, полученных термическим окислением кремния. Этот диэлектрик, получаемый высокотемпературным окислением кремния, имеет хорошие пассивирующие, защитные и маскирующие свойства. Диоксид кремния, обладая высоким удельным сопротивлением и сравнительно низкой плотностью состояний границы раздела диэлектрик-полупроводник, характеризуется рядом недостатков: а) низкая диэлектрическая проницаемость ε = 3,9, которая влечет за собой ряд проблем. Уменьшение толщины пленки подзатворного диэлектрика (для сохранения необходимой емкости) до 3 нм, приводит к увеличению туннельных токов утечки, и поэтому для тонких пленок SiO2 порядка 1 нм, ток утечки становится сравнимым с током в канале [2], что соответствует паразитной рассеиваемой мощности, равной половине мощности прибора; б) термическое окисление кремния при высоких температурах вызывает перераспределение примеси в приповерхностном слое полупроводника и увеличение числа дефектов, которые являются генерационно-рекомбинационными центрами, что приводит к уменьшению времени жизни носителей заряда в полупроводнике [3]; в) относительно высокая плотность поверхностных состояний, что приводит к отказу большого количества биполярных и МДП БИС, основанных на диоксиде кремния [4]. Неучтенные пограничные состояния проявляются в появлении избыточной емкости, которая в свою очередь влечет за собой значительные погрешности при анализе структуры [5], [6]. Использование СеО2 вместо диоксида кремния, полученного термическим окислением кремниевой подложки приведет к ряду решения проблем повышения надежности и уменьшению габаритных размеров приборов на МДП-структурах, что влечет за собой уменьшение расстояния переноса заряда от истока к стоку. Следовательно подзатворные диэлектрики МДП структур должны удовлетворять следующим требованиям:
· быть термодинамически устойчивы в контакте с полупроводником — Si [7]; · диффузия кислорода не должна приводить к образованию слоя переменного состава или в случае наличия этого слоя его толщина должна быть меньше, чем для SiO2 [5], [8]; · оксиды должны формировать поверхность раздела с Si высокого качества, с небольшим количеством поверхностных состояний и дефектов в пределах ширины запрещенной зоны кремния. Характеристики полевого транзистора зависят существенно от качества поверхности раздела диэлектрик-полупроводник, от емкости диэлектрика, а также встроенного в диэлектрик заряда.
Темы: Твердотельная электроника | Комментариев нет