Исследование электрических и емкостных свойств слоев пористого кремния различной морфологии и пористости

• Автор: Комаров, Евгений Павлович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 144 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Получение и физико-химические свойства пористого кремния

1.1. Формирование пористой структуры при анодной электрохимической обработке монокремния

1.2. Структура и физико-химические свойства пористого кремния

1.3. Электрические свойства пористого кремния

1.4. Емкостные свойства пористого кремния

Постановка задачи диссертационной работы

Глава 2. Характеристика образцов и методика проведения экспериментов

2.1. Характеристика исследуемых образцов

2.2. Методика измерения вольт-емкостных и частотно-емкостных характеристик
2.3. Методика измерения вольтамперных характеристик высокоомных структур. Определение удельного сопротивления приповерхностных слоев пористого кремния и переходного сопротивления контактов А1/пористый кремний
Глава 3. Диффузия водорода в матрицу пористого кремния при
порообразовании и пассивация примесных атомов
3.1. Процессы диффузии водорода в кремниевую матрицу во время
анодной электрохимической обработки
3.2. Анализ экспериментальных результатов для макропористого кремния
3.2.1. Модель пассивации примесных атомов водородом
3.2.2. Обеднение за счет искривления зон на стенках пор
3.2.3. Модель захвата носителей на дефектах на стенках пор
3.3 Влияние кратковременного термического отжига на удельное
сопротивление пористого кремния с различной структурой пор.
Анализ полученных результатов с точки зрения модели пассивации примесных атомов водородом
3.4. Влияние кратковременной термообработки на переходное сопротивление контактов А1/пористый кремний
3.5. Влияние лазерного отжига на свойства А1 контактов и удельное

сопротивление пористых кремниевых слоев
Глава 4. Исследование емкостных свойств структур с толстыми
высокоомными слоями пористого кремния
4.1. С-У и Є-У характеристики структур на частоте 1 МГц
4.2. Частотная зависимость емкости
4.3. Зависимость диэлектрической проницаемости пористого кремния от пористости. Анализ диэлектрической проницаемости
пористого кремния в рамках двухфазной системы
Глава 5. Процессы переноса носителей заряда в структурах с толстыми
слоями пористого кремния при пористости 50-70%
Основные результаты диссертационной работы
Благодарности
Список использованных источников
ВВЕДЕНИЕ

Кремний широко используется в электронике и является хорошо изученным полупроводниковым материалом. Кремний может быть получен в монокристаллической, поликристалли ческой, микрокристаллической,
нанокристаллической и аморфной формах. Еще одна структурная модификация кремния - пористый кремний (ПК) известна чуть более сорока лет. Возможность превращения монокремния в пористый кремний при анодной электрохимической обработке была открыта Ухлиром (Uhlir) [1]. С конца 60-х годов пористый материал нашел свое применение в технологии микроэлектроники. Окисление ПК для изоляции областей в микросхемах было практически использовано в 1969 г. корпорациями Sony и NTT. Дальнейшее изучение свойств этого материала привело к разработке целого ряда оригинальных технологических решений, позволяющих изготавливать полупроводниковые приборы и микросхемы с улучшенными характеристиками. Изоляционные методы, основанные на окислении ПК, получили название IPOS-технологии (Isolation by Porous Oxidized Silicon). Были разработаны разнообразные IPOS-модификации (IPOS- p-типа, IPOS- n-типа и т.д.) как возможная альтернатива изоляции р-n переходом и изопланарным методам. В середине 70-х годов была разработана FIPOS-технология (Full IPOS), подразумевавшая полную диэлектрическую изоляцию, основанную на пористом материале. Все это в дальнейшем привело к появлению целого класса технологий КНИ (кремний на изоляторе). Предполагалось применение ПК для получения толстых (более 1 мкм) диэлектрических пленок, создания антиотражающих покрытий солнечных батарей, формирование резисторов интегральных микросхем с широким диапазоном создаваемых номиналов и других функциональных элементов ИМС. Открытие Канхамом (Canham) [2] в 1990 году интенсивной видимой фотолюминесценции ПК при комнатной температуре, свойство - которым не обладает обычный кремний, вызвало огромный интерес к технологиям, основанным на ПК. Работы по исследованию оптических свойств ПК позволили выявить новую область применения ПК, а именно: создание оптопар -фотоприемников и излучателей полностью на основе кремния, а также электролюминесцентных приборов. На сегодняшний день применение ПК было

тем самым транспортные свойства пористого материала. Эти состояния способствуют инжекции носителей в объем ПК и/или активизируют механизм поверхностной проводимости через прыжки между локализованными состояниями, характеризующимися большим распределением энергий. В работе [87] обнаружено, что для всех образцов ПК, описанных в литературе, энергия активации Еа и предэкспоненциальный множитель о0 подчиняются правилу Майера-Нелделя (Mayer-Neldei). Разные измерения проводимости могут быть сгруппированы в два правила. Авторами было предложено, что эти две группы соответствуют двум различным транспортным механизма. Оба эти механизма могут существовать в одном и том же пористом слое, и только детали структуры пористого материала и температура окружающей среды определяют, какой из них является доминирующим. Параметры первой группы очень похожи на соответствующие параметры для гидрогенизированного аморфного кремния [88] и соответствуют транспорту по дополнительным состояниям. Другая группа соответствует активационным прыжкам между кристаллитами. Эти идеи получили развитие в [89]. Для высокопористых слоев (-80%) кремния авторами была предложена модель строения ПК, названная ими моделью "горошин в стручке" (pea-pod model, см. рис. 1.12). В качестве горошин в ней выступают нанокристаллиты кремния (диаметром несколько нанометров), находящихся в разупорядоченной среде, соответствующей гидрогенизированному аморфному кремнию - ct-Si:0:H. Транспорт носителей заряда в такой структуре осуществляется двумя путями, описанными выше. Следует отметить, что в ПК ранее наблюдались как активационные зависимости проводимости от температуры, обусловленные термической активацией носителей заряда на край зоны проводимости, так и зависимости типа Iga^-T, которые объяснялись туннелированием через термовибрирующие барьеры на поверхности кристаллитов. В общем случае при высоких температурах проводимость на переменном токе имеет активационный характер, а при низких происходит ее насыщение (рис. 1.13). При температурных исследованиях в области высоких частот активации проводимости не наблюдается [84], хотя в том же температурном интервале проводимость на постоянном токе изменяется экспоненциально. Появились сообщения об изменении величины проводимости ПК при поглощении им