Исследование электрофизических и оптических характеристик кремниевых МОП структур с туннельно-тонким диэлектриком

• Автор: Векслер, Михаил Исаакович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 230 с. : ил.

1 Кремниевые туннельные МОП структуры: понятие, общие сведения, история изучения

1.1 Об определении и свойствах туннельных МОП структур

1.2 Краткий исторический обзор

1.3 Роль туннельной МОП структуры в современной полупроводниковой электронике

Выводы к Главе

2 Электрические характеристики приборов на основе туннельной МОП структуры

2.1 Сведения о технологии изготовления образцов

2.2 Некоторые технические детали измерений

2.3 Туннельные МОП диоды

2.3.1 Случай умеренного легирования подложки

2.3.2 Случай сильного легирования

2.4 Транзисторы с туннельным МОП эмиттером
2.4.1 Входные и выходные характеристики. Режим оже-транзистора
2.4.2 Утечки, неодномерные эффекты, воспроизводимость
2.4.3 Замечание о дуальности полевого и биполярного МОП транзисторов
2.5 Тиристоры
2.6 Сравнение с данными других авторов
2.7 Структуры с МДП эмиттерами, отличными от системы А1/8Ю2/51
Выводы к Главе
3 Моделирование электрических характеристик туннельных МОП структур в одномерном приближении
3.1 Основные физические вопросы
3.1.1 Туннелирование через слой диэлектрика
3.1.2 Туннелирование в полупроводнике
3.1.3 Эффект квантования в обогащенном слое
3.1.4 Эффект квантования в инверсионном слое
3.1.5 Энергетическая релаксация инжектируемых электронов

3.1.G Баланс неосновных носителей при обратном смещении
3.2 Выбор параметров
3.3 Вольтамперные характеристики туннельных МОП диодов
3.4 Характеристики некоторых трехэлектродных МОП структур
3.4.1 Транзистор с туннельным эмиттером Al/Si02/nSi
3.4.2 Структуры с затвором из А1 и polySi в условиях равновесия
3.5 Эффекты, связанные с туннелированием в полупроводнике
3.5.1 Двойное (тройное) туннелирование в МОП структуре
3.5.2 Туннелирование зона-зона в кремнии
3.5.3 Резонансный транспорт
Выводы к Главе
4 Электролюминесценция кремниевых туннельных МОП структур
4.1 Общее описание эффекта люминесценции
4.2 Техника записи спектров электролюминесценции
4.2.1 Экспериментальная установка
4.2.2 Математическая обработка результатов измерений
4.3 Экспериментальные спектры электролюминесценции
4.3.1 Структуры Al/SKb/pSi, Al/Si02/nSi/p+Si, Al/Si02/pSi/ p+Si
4.3.2 Структуры Al/Si02/nSi
4.3.3 Наблюдение прямых излучательных переходов
4.4 Данные измерений интенсивности на фиксированной длине волны
4.5 Моделирование спектров люминесценции методом Монте Карло
Выводы к Главе
5 Деградация и пробой диэлектрика в туннельной МОП структуре
5.1 Стойкость окисла к туннельному переносу заряда
5.2 Наблюдение деградации электрических характеристик приборов
5.3 Снижение инжекционной способности МОП эмиттера
5.4 Влияние деградации на оптические характеристики
5.4.1 Изменение интенсивности свечения
5.4.2 Изменения формы спектров люминесце.нции
5.5 Поведение туннельной МОП структуры после мягкого пробоя
5.5.1 Эффективное сопротивление и локализация пробитой области
5.5.2 Усиление и бистабильность МОП структуры после пробоя
5.5.3 Искажение характеристик люминесценции
Выводы к Главе
6 Транзистор с туннельным МОП эмиттером как исследовательский инструмент
6.1 Уточнение параметров туннелирования через Si02
6.1.1 Толщина туннельного барьера
6.1.2 Эффективная масса дырки в тонком слое Si02
6.2 Измерение параметров релаксации горячих электронов в Si

6.2.1 Квантовый выход оже-ионизации в кремнии
6.2.2 Темпы генерации фотонов в кремнии
6.3 Исследования ресурса туннельно-тонких пленок окисла
Выводы к Главе
Заключение
Список работ, включенных в диссертацию
Библиография

нако, что эффективность оже-ионизации в конкретном приборе определяется не только квантовым выходом Р(Е^), но и усилительными свойствами соответствующей структуры без оже-механизма, В этом смысле важную роль играло отсутствие рекомбинации в сверхтонкой индуцированной базе, позволявшее достичь Д/ > 100 без оже-ионизации (при 11ве = 1.8-2.0 В) в некоторых из наших образцов. Изготовленные нами транзисторы со встроенной р-базой (2с1 на Рис. 2.1) демонстрировали намного худшее усиление [13*], и эффект переключения в них не наблюдался.
В связи с вопросом о величине усиления отметим также преимущество применения алюминия, в сравнении с часто используемым в МОП структурах поликремнием: п+-поликремниевый эмиттер обладает более низким коэффициентом инжекции, не говоря уже о том, что он плохо пригоден для работы при высоких плотностях тока.
Таким образом, благодаря оже-ионизации, значительно улучшаются усилительные свойства транзистора с туннельным МОП эмиттером А1/ ЗЮг/пБц а также появляется возможность его работы в качестве ключа. В сочетании с факторами, изложенными в самом начале раздела 2.4, это делает данный прибор перспективным элементом кремниевой микроэлектроники. Однако, с современной точки зрения, вероятно, еще больший интерес представляет то, что результаты, полученные для транзистора с туннельным МОП эмиттером, оказываются актуальными для техники полевых транзисторов (см. параграф 2.4.3).
2.4.2 Утечки, неодномерные эффекты, воспроизводимость
В данном параграфе мы сделаем небольшой комментарий о возможных причинах разброса характеристик и о некоторых паразитных эффектах в транзисторах с МОП эмиттером.
Важным параметром биполярного транзистора является величина тока в режиме Jв = 0. Этот ток в выключенном состоянии транзистора А1/8102/п81 определяется инжекцией электронов из металла при близком к нулю напряжении на окисле £/. Поскольку в изучаемой системе Хт ~ Хе) взаимное положение уровня Ферми металла Ерт и края Есо зо-