Проводимость структур металл-нитрид-оксид-полупроводник при наличии сильного флуктуационного потенциала

• Автор: Давыдов, Александр Борисович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Введение. №

Главаї. Электронные свойства разупорядоченных

электронных систем

1.1. Квантовые эффекты проводимости

1.1.1 Плотность состояний

1.1.2. Баллистическая проводимость

1.1.3. Проводимость седловой области

1.2. Эффекты перколяционной проводимости

1.3. Некогерентная мезоскопика

1.4. Электронные стекла

Глава 2. Образцы и методики

2.1. Объекты исследования
2.2. Характеристики флуктуационного потенциала
2.3. Критерий подбора образцов
2.4. Экспериментальная установка и методики
Глава 3. Транспортные характеристики 8І-МНОП структур
3.1. Эффект поля
3.2. Температурная зависимость проводимости
3.3. Магнетополевые характеристики
3.3.1. Эффект Холла
3.3.2. Магнеторезистивный эффект
Глава 4. Релаксация проводимости Бі-МНОП структур
4.1. Гистерезис проводимости при изменении потенциала ЯП
затвора
4.2. Релаксация проводимости при выведении системы из яг.
стационарного состояния
4.3. Причины возникновения релаксационных явлений в оп
исследуемых структурах
4.4. Природа релаксационных явлений
Глава 5. Оценка параметров перевальной области ФП
Заключение
Список литературы

Интерес к исследованию электронных свойств квази- двумерных электронных систем типа металл- изолятор- полупроводник, связан с недостаточной изученностью их фундаментальных свойств. Несмотря на огромное число статей посвященных двумерному электронному газу и ряд монографий [1, 2] многие вопросы до сих пор остаются невыясненными. В первую очередь к ним относятся вопросы, связанные с проявлениями разопурядоченности объектов исследований, в частности относительной роли энергии электрон- электронного взаимодействия и флуктуационного потенциала. Это постоянно актуальный вопрос о локализации носителей (сильной и слабой), активно обсуждаемый вопрос-о переходе диэлектрик-металл в нулевом магнитном поле, особенности квантового эффекта Холла и т.д. Именно к этого типа вопросам относится вопрос о проявлении в двумерных макроскопических структурах свойств, характерных для одномерных микроструктур (квантование проводимости), обсуждаемый в этой диссертационной работе.
Статистические флуктуации локальной плотности зарядов, расположенных вблизи проводящего канала индуцируют хаотический потенциальный рельеф в канале двумерной проводимости транзисторной структуры - флуктуационный потенциал (ФП), оказывающий существенное влияние на электронные характеристики систем [1]. Эффекты, связанные с наличием в системе сильного ФП оказываются существенными даже при комнатных температурах. В первую очередь, это - локализация квази-20 электронов в минимумах хаотического потенциального рельефа [3]. Кроме того, вследствие экспоненциального разброса локальной концентрации электронов в условиях сильного ФП проводимость таких разупорядоченных систем имеет перколяционный характер [4]. При этом электронный перенос в диэлектрической фазе осуществляется за счет переходов носителей заряда между ямами потенциального рельефа, формирующими перколяционный кластер, а механизм таких переходов через перевальные области

флуктуационного потенциала определяет как полевые (от потенциала затворного электрода), так и температурные зависимости проводимости структуры.
Особый интерес в ситуации с перколяционной проводимостью представляют мезоскопические объекты, то есть объекты с размером вдоль распространения тока (длина между стоком и истоком структуры) сравнимым с характерным размером перколяционного кластера (размером ячейки сетки перколяционного кластера) или иначе - корреляционной длины перколяционного кластера в системе Ьс [4, 5]. Эффекты мезоскопики, хорошо известны на примере прыжковой проводимости [б], однако практически слабо изучены (на уровне демонстрации эффекта). Рассмотрение разупорядоченных квази-2Э систем с сильным контролируемым ФП, где мезоскопические эффекты могут играть определяющую роль, открывает возможность более детального исследования этой области физики твердого тела и наблюдения интересных физических эффектов, таких как квантование проводимости.
Вышеизложенное определяет фундаментальный интерес к исследованиям данных объектов и актуальность данной работы. Будет рассмотрен случай, когда структуры типа полевого транзистора сильно разупорядочены действием зарядов, расположенных в подзатворном диэлектрике, т.н. «встроенного заряда», концентрацию которого можно контролируемо изменять. Основные исследования проведены для структур с концентрацией «встроенного заряда» вблизи предела возможного для использованного в работе типа структур, ограниченного пробивными полями подзатворного диэлектрика (около 2х1013 см'2). С практической точки зрения актуальность данного исследования заключается в том, что исследованные в работе структуры типа МНОП (металл- нитрид- оксид- полупроводник), как и многие современные низкоразмерные объекты на основе легированных полупроводниковых структур преимущественно разупорядочены вследствие причин одинаковой природы. А именно из-за высокого содержания

характеризующая изменение заряда вблизи поверхности полупроводника Qs
СС Vg - cps :
dôs_^ (àVe
Cs dcp] C°'ld9s
При малых ns величина Qs определяется приведённой к поверхности концентрацией ионизированных примесей в ОПЗ Hdoc./(()т.е. Cs изменяется с ns слабо. С увеличением изгиба зон основной вклад в Qs начинают вносить электроны инверсионного канала, концентрация которых «s ос ехр (сф3 / кТ). В этих условиях Cs увеличивается с ns (Cs сс ns), а d(ps/dKg стремится к нулю. Таким образом фактор экранирования (2.2.3) отслеживает концентрационную зависимость дифференциальной ёмкости Cs. В результате ps(/2s) < ц0 при d/2s/d Цо « 1.
В более общем случае ((бср)г)<{кТ/èf в условиях плавного
(крупномасштабного) ФП эффективная подвижность квази-20 среды связана с ц0 соотношением
((бср)2)
Us = й„ -ехр ~ Т772ГТТГ
(2.2.5)

2 (кТ/е)
Примечательно, что (2.2.2) по существу представляет собой первый член разложения (2.2.5) по параметру ((бф)2)/2(£Г/е)2. Подстановка (2.2.3) и (2.2.4) в (2.2.5) [или в (2.2.2)] даёт выражение, связывающее ц5 с энергетическим масштабом ФП Д и ц0:
Us = Но‘«Г
( (А/кТ)2 ■ F

Оно содержит функцию Цо(»Е ) Т), определяемую поверхностным рассеянием, поведение которой может маскировать ФП.