Влияние неоднородности толщины диэлектрика на свойства туннельных МОП структур Al/(1-4 нм)SiO2/Si

• Автор: Тягинов, Станислав Эдуардович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Понятие «туннельная МОП структура»

1.1.1. Определение и характерные параметры

1.1.2. Распределение напряжения в туннельной МОП структуре

1.2. Современные тенденции скейлинга в микроэлектронике

1.3. Основные свойства МОП структур с толщиной окисла менее 3 нм

1.3.1. Режим аккумуляции

1.3.2. Режим обеднения/инверсии в структурах на подложке п

1.3.3. Режим обеднения/инверсии в структурах на подложке р-Б1

1.3.4. Электролюминесценция

1.4. Обзор применений туннельных МОП структур

1.4.1. Полевой транзистор (МОБЕЕТ)
1.4.2. Биполярный оже-транзистор с туннельным МОП эмиттером
1.5. Проблема неоднородности толщины диэлектрика в литературе
1.5.1. Качественное описание влияния неоднородности
1.5.2. Происхождение неоднородности толщины диэлектрика
Заключение к Главе
Глава 2. Модель протекания тока в туннельной МОП структуре, учитывающая
статистический разброс толщины диэлектрика
2.1. Параметризация неоднородного слоя окисла
2.1.1. Плотность распределения толщины диэлектрика
2.1.2. Характерный пространственный масштаб неоднородности
2.1.3. Простая модель неоднородного по толщине окисла
2.2. Локальные модели туннельной МОП структуры
2.2.1. Расчет ВАХ при прямом смещении
2.2.2. Расчет ВАХ при обратном смещении (подложка п-типа)
2.2.3. Расчет ВАХ при обратном смещении (подложка р-типа)
2.3. Ток и его дисперсия в туннельных МОП структурах
2.3.1. Средняя плотность тока через прибор
2.3.2. Технические детали расчета дисперсии тока
2.3.3. Дисперсия тока как функция размера прибора: обсуждение
2.3.4. Оценка масштаба пространственной неоднородности толщины на основе
данных по дисперсии тока
2.4. Моделирование вольтамперных характеристик
2.4.1. Структуры большой площади. Эффективная толщина
2.4.2. Структуры малой площади. Статистическое описание ВАХ
Заключение к Главе
Глава 3. Электрические характеристики туннельных МОП структур большой площади с пространственно-неоднородной толщиной окисла
3.1. Сведения об изготовлении исследуемых образцов
3.2. Измерения вольтамперных характеристик
3.2.1. Экспериментальная установка
3.2.2. Методика записи ВАХ. Интерфейс измерительной системы
3.3. Особенности ВАХ в режиме аккумуляции, связанные с дисперсией толщины БЮ2
3.4. Особенности ВАХ в модели обеднения, связанные с дисперсией толщины БЮг
3.5. Интегральный баланс токов в режиме обеднения/инверсии
3.6. Влияние дисперсии толщины БЮг на поведение МОП структур А1/8Ю2/р-81 в режиме инверсии
3.6.1. Форма вольтамперных кривых
3.6.2. Положение квазиуровня Ферми для электронов в инверсном слое
3.6.3. Особенности, связанные с резонансным переносом электронов
3.7. Влияние дисперсии толщины БЮг на поведение МОП структур А1/8Ю2/п-81 в режиме инверсии
3.7.1. Форма вольтамперных кривых
3.7.2. Параметры переключения. Коэффициент инжекции МОП эмиттера
3.8. Оценка и учет параметров разброса толщины диэлектрика
3.8.1. Экспериментальное определение средней толщины окисла и дисперсии толщины
3.8.2. Учет неоднородности толщины 8Ю2 при метрологических измерениях с использованием туннельных МОП структур
Заключение к Главе
Глава 4. Исследования деградации и пробоя МОП структур с туннельно-тонким
слоем окисла
4.1. Процедуры испытаний туннельных МОП структур

4.2. Ток в туннельной МОП структуре в режиме обогащения после мягкого пробоя
4.3. Особенности поведения бистабильных туннельных МОП структур после повреждения диэлектрика
4.3.1. Трансформация 8-образной ВАХ при повреждении БіСД
4.3.2. Модель мягкого пробоя туннельной МОП структуры при обратном смещении
4.4. Изменения характеристик транзистора с туннельным МОП эмиттером вследствие деградации и пробоя окисла
4.4.1. Деформация выходных характеристик
4.4.2. Снижение малосигнального коэффициента усиления
Заключение к Главе
Глава 5. Оптические характеристики туннельных МОП структур с неоднородно распределенной толщиной диэлектрика
5.1. Люминесценция туннельной МОП структуры при наличии дисперсии толщины окисла
5.2. Измерения: описание спектрометра и процесса получения спектров
5.3. Спектры электролюминесценции и их трансформация при повреждении диэлектрика
5.3.1. Общие тенденции
5.3.2. Проявления эффекта неоднородности толщины
5.4. Эволюция интенсивности свечения на фиксированной длине волны
5.4.1. Возможные варианты эволюции интенсивности
5.4.2. Мониторинг интенсивности как инструмент исследования мягкого пробоя
Заключение к Главе
Заключение
Список публикаций по теме диссертации
Список цитируемой литературы

8102/81 учитывается только основной уровень. Данная модель — несмотря на ряд упрощений — дает результаты [89], находящиеся в хорошем соответствии с результатами, полученными с помощью более точных моделей [17,18], в рамках которых проводится самосогласованное решение уравнений Шрёдингера и Пуассона. Входньми параметрами данной модели являются напряжение V, локальная толщина диоксида кремния с1 и концентрация легирующей примеси Лго (Ад).
При расчете туннельных токов применялись как формулы, предполагающие использование выражение для прозрачности барьера в виде Тох = Т0Х(Е, кх) [19], так формулы с Тох, записанным в упрощенном виде: Тох = Т0Х(Ег) [52,90]. Вольтамперные характеристики МОП диодов АУБЮг/р-Б! был промоделированы с использованием обоих способов записи токов; оба подхода дали очень близкие результаты (см. [91-92]), что дает основания для использования более простой модели Тох = Тох(Ег) во всех случаях, где это удобно.
Рис. 2.6. Зонная диаграмма для режима аккумуляции туннельной МОП структуры на подложке п-81 (а) и на р-в1 (Ь).
2.2.2 Расчет ВАХ при обратном смещении (подложка п-типа)
Локальная модель туннельной МОП структуры на подложке п-81 при обратном смещении, применяемая нами, заимствована из работы [20]. На Рис. 2.7 изображена зонная диаграмма туннельной МОП структуры А1/8Юг/п-81 при обратном смещении. Напомним, что ситуация обеднения/инверсии реализуется при V < Уп, < 0. Используемая модель основана на приближении, учитывающем только основное состояние с энергией Е0 инверсных носителей (дырок) в квантовой яме (см. Рис. 2.7), описываемое волновой функцией Фэнга-Ховарда [20,93].