Определение плотности поверхностных состояний в структурах металл-диэлектрик-полупроводник при наличии гетерогенности

• Автор: Яковлев, Роман Александрович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ГЛАВА 1. Гетерогенность межфазовой границы раздела и её влияние на свойства

структур диэлектрик-полупроводник

1.1 Граница раздела диэлектрик-полупроводник, поверхностные состояния

1.2 Методы исследования МДП-структур

1.3 Неоднородности границы раздела диэлектрик-полупроводник

1.3.1 Флуктуации поверхностного потенциала

1.3.2 Туннельная модель перезарядки приграничных состояний

1.3.3 Влияние неоднородностей на результаты, полученные емкостными методами

1.4 Эксперименты по применению метода нормированной проводимости для

исследования свойств МДП-структур

1.5 М ДП-транзистор

1.5.1 Влияние флуктуаций поверхностного потенциала на работу МДП-транзистора
1.5.2 Методы исследования МДП-транзисторов
1.5.3 Основные экспериментальные результаты, полученные при помощи методов
подпороговых харатеристик и зарядовой накачки
1.6 Автоматизация научного эксперимента
1.6.1 Основные приборные интерфейсы, используемые для автоматизации эксперимента.ЗЗ
1.6.2 Современные автоматизированные системы
1.7 Задачи работы
ГЛАВА 2. Экспериментальные методики и программное обеспечение для исследования
электрофизических характеристик гетерогенных МДП-приборов
2.1 Измерение кривых нормированной проводимости
2.1.1 Метод кривых нормированной проводимости
2.1.2 Экспериментальная установка для измерения кривых нормированной проводимости
2.1.3 Программное обеспечение для измерений С-У и в-У зависимостей МДП-структур
2.2 Измерение подпороговых ВАХ и кривых зарядовой накачки МДП-транзисторов
2.2.1 ВАХ транзистора
2.2.2 Метод подпороговых ВАХ
2.2.3 Метод зарядовой накачки
2.2.4 Автоматизированная установка для исследования МДП-транзисторов
2.3 Многофункциональная интерфейсная плата
2.4 Программное обеспечение для проведения измерений подпороговых характеристик и
кривых зарядовой накачки
2.5 Программное обеспечение для расчёта параметров МДП-транзисторов методами
подпороговых характеристик и кривых зарядовой накачки
2.6 Исследуемые образцы
2.7 Выводы по Главе
ГЛАВА 3. Моделирование электронных процессов на межфазовой границе раздела с
учетом гетерогенности
3.1 Модели неоднородной границы раздела диэлектрик-полупроводник
3.1.1 Модель флуктуаций поверхностного потенциала
3.1.2 Модель заглубления электронных состояний в диэлектрик
3.1.3 Влияние неоднородностей границы раздела на кривые нормированной проводимости
3.1.4 Модификация метода нормированной проводимости для разделения пространственно
неоднородного распределения ПС и флуктуаций поверхностного потенциала
3.2 Модели для описания неоднородного транзистора
3.2.1 Моделирование подпороговых характеристик неоднородного транзистора
3.2.2 Моделирование кривых зарядовой накачки неоднородного транзистора
3.3 Выводы по Главе
Глава 4. Экспериментальное исследование электрофизических характеристик МДПприборов
4.1 Исследования транзисторов методами подпороговых ВАХ и зарядовой накачки
4.1.1 Тестовые измерения
4.1.2 Исследование влияния лавинной инжекции
4.1.3 Исследование крупномасштабного зарядового дефекта
4.1.4 Исследование влияния рентгеновского и ультрафиолетового облучения
4.1.5 Исследование МДП-структур и транзисторов, реализованных на пластине
4.2 Исследования МДП-структур методом нормированной проводимости
4.3 Выводы по Главе
Заключение
Список цитируемой литературы

Подавляющее большинство современных микроэлектронных устройств содержат в себе структуры, использующие свойства контакта диэлектрик-полупроводник. Зависимость характеристик полупроводниковых приборов от электронных процессов на границе раздела является основной причиной появления нестабильности в их работе и необратимых изменений их параметров приводящих к полевой деградации и преждевременному выходу приборов из строя. В связи с этим изучение характеристик границы раздела диэлектрик-полупроводник (характера и распределения дефектов в окисле и на поверхности полупроводника) является актуальной научно-практической задачей.
Актуальность настоящей работы заключается в том, что предложена методика, учитывающая различные механизмы влияния неоднородностей на характеристики структур металл-диэлектрик-полупроводник. В настоящее время отсутствуют исчерпывающие модели границы раздела диэлектрик-полупроводник. Создание таких моделей в теоретическом плане даёт возможность дальнейшего развития представлений об электрофизических процессах, протекающих на границе, а в практическом плане позволяет существенным образом улучшить параметры приборов, созданных на базе таких структур.
Цель настоящей работы заключается в создании модели, наиболее полно отражающей влияние гетерогенности МФГ, созданной как вследствие различных технологических процессов, так и в результате внешних воздействий на электрофизические свойства ДП структур.
В соответствии с целью работы нами были поставлены следующие задачи:
1. Создать автоматизированную установку для измерения вольт-фарадных и вольт-сименсных характеристик.
2. Разработать методику и создать программное обеспечение для расчёта кривых нормированной проводимости и определения параметров неоднородности границы раздела в МДП-структурах.

нала и заряженных слоев) и квазигидродинамическое описание высокополевого электронного дрейфа, адекватное ситуациям современных короткоканальных приборов.
2.2.2 Метод подпороговых ВАХ
Математический аппарат метода подпороговых ВАХ достаточно хорошо описан в литературе [41]. С помощью метода можно рассчитать следующие параметры транзистора: пороговое напряжение Ут, подвижность носителей рпр, концентрацию примеси М0>А, плотность ПС N33, заряд окисла СЬхВеличины Ут и рп>р рассчитываются из переходных ВАХ как в области плавного канала, так и в области отсечки. В области плавного канала ВАХ задается следующим соотношением:
(Уа-Уг)Ум-^
(2.19)
а в области отсечки:
1о5=^сох(Уо-Ут)2- (2-2°)
В области плавного канала зависимость ЬзС^с) - прямая линия. Экстраполяция линейного участка к значению 1оз=0 соответствует, согласно (2.19):
и<,(/«-*о; ) = ут+^-- (2.21)
Зная напряжение плоских зон и разность работ выхода фмэ металлполупроводник, можно рассчитать заряд в окисле ]Мох по следующей формуле:
ДГ - ~У-ох . (2.24)

Для определения величины концентрации легирующей примеси ЫА пользуются зависимостью порогового напряжения Ут от смещения канал-подложка У8з в области плавного канала. Строя зависимость лут = /(^.0+иет), которая задается соотношением дут = п0 тангенсу угла наклона tg
V С ох
а определяют концентрацию ХА: