Электрофизическое диагностирование МДП-структур с неоднородно распределенными параметрами

• Автор: Лукин, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 148 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МДП -СТРУКТУР
1.1. Метод вол ьт-фарадных характеристик
1.1.1. Теоретические основы метода
1.1.2. Определение электрофизических параметров
а) Определение напряжений плоских зон, инверсии и порогового
б) Определение эффективного поверхностного заряда
1.1.3. Определение энергетического спектра поверхностных состояний
а) Дифференциальный метод Термана
б) Интегральный метод Берглунда
в) Метод температурной зависимости напряжения плоских зон
1.2. Метод полной проводимости (адмиттанса)
1.2.1. Модели адмиттанса МДП- структуры
а) Адмиттанс моноуровня поверхностных состояний
б) Адмиттанс континуума поверхностных состояний
в) Флуктуационная модель адмиттанса в микронеоднородных по поверхностному потенциалу структурах
г) Туннельная модель адмиттанса МДП-структуры
1.2.2. Метод полной проводимости и его модификации
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАНАРНО-НЕОДНОРОДНЫХ МДП-СТРУКТУР МЕТОДОМ АДМИТТАНСА
2.1. Экспресс-методика определения поверхностных параметров планарно-неоднородных МДП- структур
2.2. Метод двухтемпературной полной проводимости
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПРИГРАНИЧНЫХ СОСТОЯНИЙ В МДП-СТРУКТУРАХ С УЧЕТОМ ТУННЕЛЬНЫХ И ТУННЕЛЬНО-ФЛУКТУАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ
3.1. Определение параметров приграничных состояний в диэлектрике одночастотным методом адмиттанса
а) Равномерное распределение приграничных состояний в диэлектрике
б) Экспоненциально убывающая плотность состояний в диэлектрике
3.2. Туннельно - флуктуационная модель адмиттанса МДП-структуры
а) Однородное распределение ловушек в диэлектрике
б) Экспоненциальное распределение ловушек в диэлектрике
3.3. Методика определения поверхностных и туннельно-флуктуационных параметров МДП-структур
ГЛАВА 4. ВОЛЬТ-ФАРАДНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕОДНОРОДНЫХ МДП-СТРУКТУР
4.1. Моделирование ВФХ планарно-неоднородных МДП-структур
4.2. Моделирование вольт - фарадных характеристик МДП-структур с неоднородно легированной подзатворной областью
а) Численное решение уравнения Пуассона
б) Использование полуаналитическоао подхода
4.3. Совместное использование емкостных и адмиттансных методов исследования МДП-структур с неоднородно распределенными параметрами
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В последнее время основной тенденцией развития микроэлектроники является повышение степени интеграции и быстродействия интегральных схем и связанное с этим уменьшение геометрических размеров элементов. Эта тенденция приводит к возрастанию влияния различных неоднородностей в МДП-системах, в частности, сложного профиля распределения примеси и гетерогенности поверхностного заряда на границе раздела полупроводник - диэлектрик. Планарные и пространственные
неоднородности оказывают существенное влияние на электрофизические характеристики МДП-структур и приборов на их основе: сдвигают напряжение плоских зон и пороговое напряжение, растягивают вольт-фарадные характеристики и кривые нормированной проводимости, уменьшают крутизну полевых МДП-транзисторов, приводят к появлению так называемых
флуктуационных поверхностных состояний. Всё это делает проблему электрофизического диагностирования МДП-структур с неоднородно
распределенными параметрами весьма актуальной.
В литературе имеется достаточно много работ, посвященных исследованию поверхностных состояний в МДП-структурах методом адмитганса с учетом планарной неоднородности поверхностного потенциала, а также туннельной перезарядки приграничных ловушек в диэлектрике. Однако, во-первых, они рассматривают флуктуационные и туннельные эффекты раздельно, во-вторых, как правило, в них предлагаются различные модификации классической многочастотной методики Николлиана-Гоетцбергера, которая требует для реализации сложного оборудования, что затрудняет её широкое

г(г) = г0 ехр(2 к£), где то - время перезарядки пограничных состояний,
12тА
(1.46)

(1.47)
коэффициент затухания волновой функции электрона в диэлектрике, т'-эффективная масса электрона в запрещенной зоне диэлектрика, Тг- постоянная Планка. Для системы ЭнвЮг характерное значение к равно 5 нм'1.
Если все состояния в слоях диэлектрика на любом расстоянии от границы раздела взаимодействуют с полупроводником независимо друг от друга (т.е. плотность состояний не слишком велика), то нормированную проводимость и параллельную ёмкость приграничных состояний можно найти, проинтегрировав соотношения (1.39) и (1.40) по координате г в интервале от 0 до й с заменой плотности поверхностных состояний 055 на объемную плотность ловушек в диэлектрике /V; [41]:

со 4 к
1п(Псо2г2) )п(1 + А2а>2Гд) , '
' - -А 1 + 2(агс(д(Асот0) - агс1д( Асот0)]
охи г. АсоТг*
С = р 2 к
агс1д(гуг0) зтсЩ{А ап0) 1 1 + со2т2

Аа>тп 2 1 + А а>
+ 1пД
(1.48)
(1.49)
где А=ехр(2кс1).
Из соотношений (1.48) и (1.49) следует, что в случае низких частот ёмкостная компонента адмиттанса полупроводника максимальна и равна Срггах = = Я085, а активная компонента возрастает пропорционально
произведению сото. При очень высоких частотах обе компоненты стремятся к нулю. Максимум кривой нормированной проводимости с ростом глубины ловушек