Неравновесные процессы при формировании диэлектрических слоев и влияние объемного заряда на характеристики МДП структур

• Автор: Авдеев, Николай Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Глава 1. Окислы на поверхности полупроводников и металлов

1.1. Физико-химические механизмы образования окислов

1.2. Структура и энергетический спектр окислов ві, Та, ІпАв

1.2.1. Строение двуокиси кремния

1.2.2. Структура и дефекты в пятиокиси тантала

1.2.3. Состав и структура анодного окисла ІпАя

1.3. Полевые модели ионного переноса

1.4. Неравновесные явления в электрохимической кинетике

1.5. Поверхностные явления в работе фотоприемных устройств

1.5.1. Основные положения физики поверхности полупроводников

1.5.2. Применение МОП структур в фотоприемных устройствах

1.5.3. Феноменологическое описание процессов накопления заряда в окисном слое
1.6. Выводы по главе 1 и постановка задачи исследований
Глава 2. Методики приготовления и исследования МОП структур
2.1. Предварительная химическая обработка
2.2. Магнетронное напыление металлических пленок
2.3. Методика анодного окисления
2.4. Метод вольтфарадных и вольтсименсных характеристик
2.5. Метод фотопроводимости
2.6. Высокоразрешающая рентгеновская дифрактометрия
2.7. Инфракрасная спектроскопия
2.8. Выводы по главе
Глава 3. Формирование и свойства анодных окислов на полупроводниковых подложках
3.1. Окисление тантала на кремнии
3.2. Исследование фольтфарадных и вольтсименсных характеристик структур Si-Ta205-Au
3.3. Спектры инфракрасного поглощения структур Si-Ta205
3.4. Рефлектометрические исследования окисных пленок
3.5. Формирование анодных окислов на арсениде индия
3.6. Выводы по главе
Глава 4. Процессы ионного переноса при анодном окислении
4.1. Ионный перенос в условиях образования новой фазы
4.2. Гальваностатический режим окисления
4.3.Вольтстатический режим окисления
4.4. Выводы по главе
Глава 5. Исследование фотоэлектрических свойств МДП структур
5.1. Фотозаряжение структур Si - Та205 - Au
5.2. Зонная структура анодного окисла арсенида индия
5.3. Нестационарная фотопроводимость и ее связь с накоплением заряда
5.4. Численное моделирование кинетики переходных токов
5.5. Выводы по главе
Глава 6. Расчет распределения заряда в окисле
6.1. Облучение образцов
6.2. Метод расчета распределения заряда
6.3. Результаты и их обсуждение
6.4. Выводы по главе
Основные выводы
Список литературы

Актуальность работы определяется необходимостью создания прочных и однородных диэлектрических слоев на поверхности полупроводников. С практической точки зрения основная задача заключается в определении условий получения окислов, обладающих высококачественными диэлектрическими свойствами, т.к. главной областью применения в микроэлектронике таких диэлектриков как Та205, 14Ь205, 8Ю2 является производство оксидно-полупроводниковых и оксидно-электролитических конденсаторов.
В этом смысле технология анодного окисления позволяет с высокой точностью формировать толщину диэлектрического слоя, управлять электрофизическими свойствами объема и границы окисел-полупроводник. Отличительная особенность неравновесных процессов в таких системах связана с протеканием электрического тока, вызванного подключением внешнего источника. Перенос ионов приводит к образованию новой фазы вещества со значительными отклонениями от равновесного состояния. Неравновесное состояние является результатом появления подвижных примесных и собственных дефектов внедренных в междоузлия и встроенных в узлы структуры. Энергия связи подвижных дефектов ниже энергии атомов образующих остов структуры окисла, что на фоне разупорядоченности приводит к появлению квазинепрерывного спектра энергетических уровней внутри запрещенной зоны окисла. Такое состояние может существовать длительное время и проявляться в возникновении фаз с отклонением от стехиометрии, наличии высокой концентрации ловушечных уровней и появлении электретных свойств. Соответственно в некристаллических анодных окислах при термообработках, облучении и полевых воздействиях, а иногда и спонтанно могут происходить структурные изменения, что оказывает значительное влияние на стабильность и долговечность работы,

Метод Термана довольно широко распространен, прост и не требует громоздких выкладок. К его недостаткам необходимо отнести то, что зависимость плотности N3$ от энергии Е получается только в одной половине запрещенной зоны вблизи уровня Ферми.
Метод нормированной проводимости является более информативным по сравнению с С-У методами [112]. Активная составляющая проводимости Ср определяется параметрами, которые описывают только поверхностные состояния. Для случая, когда плотность ПС и поперечное сечение захвата оР постоянны по интервалу энергии в пределах нескольких кТ, значение нормированной проводимости даётся следующим выражением:
— = ~^*Н + со2тР 2) Гр = [у^сГрМдехрС/?^)]'1 (2.9)
со 2сотг
где д - заряд электрона, V,* - тепловая скорость носителей.
Частотная зависимость Ср/со измеренная при фиксированном напряжении на структуре проходит через максимум. Из значения функции йр/со в максимуме, а также из значения частоты сошх, соответствующей максимуму зависимости Ор/со=/(со), можно согласно (2.3) определить и сечение захвата аР, а, следовательно, и тип ПС.
Измерение проведенные методом нормированной проводимости позволяют выделить вклад ПС на фоне полной емкости структуры МДП. Кроме плотности ПС, метод проводимости позволяет определить эффективное сечение захвата ПС, и характерные параметры степени неоднородности границы раздела: среднеквадратичную дисперсию
потенциала и глубину залегания ПС в диэлектрик.