Спектроскопия глубоких уровней в полупроводниковых структурах

• Автор: Бормонтов, Александр Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ДЕФЕКТЫ С ГЛУБОКИМИ УРОВНЯМИ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ И МОП СТРУКТУРАХ

(Аналитический обзор)

1Л. Дефектообразование в арсениде галлия и системе кремний-

диоксид кремния

1Л Л. Дефекты с глубокими уровнями в арсениде галлия

1 Л.2. Радиационные дефекты в кремнии

1.1.3. Дефекты в БЮг и на границе Бт-БЮг

1.2. Анализ процессов формирования радиационно- индуцированного заряда в кремниевой МОП структуре

1.3. Метод релаксационной спектроскопии глубоких уровней

в полупроводниках
1.3.1. Метод БЬТБ: основы метода и проблемы реализации
1.3.2, Способы повышения разрешающей способности
1.4. Электрофизические методы спектроскопии поверхностных состояний и определения параметров МОП структуры
1.4.1. Емкостные методы
1.4.2. Бесконтактный метод Кельвина
Цели и задачи
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛУБОКИХ УРОВНЕЙ МЕТОДАМИ РЕЛАКСАЦИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
2.1. Статистический метод релаксационной спектроскопии глубоких уровней в полупроводниках
2.1.1. Алгоритм статистической обработки и анализа зависимостей изотермической релаксации емкости
2.1.2. Автоматизированный ПЬТБ спектрометр
2.1.3. Результаты и обсуждение
2.2. Спектроскопия глубоких уровней методом Ьар1асе-ОЬТ
2.3. Определение симметрии точечных дефектов
методом Ьар1асе-ОЬТ
Выводы к главе
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДЕФЕКТОВ И ПРОГНОЗ РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ МОП ТРАНЗИСТОРОВ
3.1. Физико-математическая модель накопления и релаксации радиационно-индуцированного заряда
3.2. Анализ процессов радиационной деградации
3.3. Методика определения параметров дефектов и
прогнозирования радиационной стойкости
Выводы к главе
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ФЛУКТУАЦИЙ И ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА СВОЙСТВА МОП СТРУКТУРЫ
4.1. Флуктуационная модель вольт-фарадной характеристики
МДГ1 структуры
4.2. Методы исследования и экспериментальные установки
4.3. Экспериментальные результаты и обсуждение
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Важнейшей задачей, которую приходится решать разработчикам и производителям полупроводниковых приборов является определение концентрации и параметров глубоких уровней (ГУ) в полупроводниках. Связано это с тем, что ГУ определяют такую важную характеристику полупроводника как время жизни и влияют на параметры приборов гораздо сильнее, чем мелкие центры. Наличие глубоких центров -некоторых примесей, радиационных дефектов, дефектов термообработки — придаёт полупроводникам как полезные, так и нежелательные свойства. Поэтому исследование свойств ГУ является одним из основных н актуальных направлений современной физики полупроводников, что стимулирует, в свою очередь, развитие методов определения параметров ГУ.
В настоящее время для определения параметров ГУ широко используется метод релаксационной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ или DLTS - Deep Level Transient Spectroscopy). Достоинствами метода являются высокая чувствительность, возможность определения параметров ГУ при изменении их заполнения как основными, так и неосновными носителями, возможность исследования ГУ как в полупроводниковых приборах, изготовленных по реальной технологии, так и в исходном полупроводнике. Вместе с тем, при реализации метода возникает ряд аппаратно-измерительных, вычислительных и методологических проблем, снижающих точность, а иногда и объективность полученных данных, устранение которых особенно важно в практическом отношении.
Другую проблему создают электронейтральные дефекты, образующие ГУ в МОП структурах, не заряжающиеся под температурно-полевыми воздействиями. Такие дефекты существенным образом снижают надежность изделий, но недоступны для обнаружения и исследования электрофизическими методами. Примерами таких латентных дефектов являются напряженные Si-O связи в слоях оксида кремния или наличие в

(1.25), на достаточно' малом интервале стробности Л/, определяется, в основном, кинетикой перезарядки одного уровня и хорошо описывается одной экспонентой. Это означает, что вклад, других глубоких уровней на этом интервале незначителен, поскольку их релаксационная составляющая является величиной большего порядка малости, чем релаксационная экспонента исследуемого ГУ. Фактически это возможно, если глубокие энергетические уровни имеют значительно различающиеся значения энергий ионизации и сечений захвата.
В реальных полупроводниках в запрещённой зоне могут присутствовать ГУ с практически одинаковыми скоростями эмиссии. При этом БЬТв сигнал описывается суммой экспонент с близкими постоянными времени, а пики БЬТБ сигнала сливаются в один уширенный интегральный пик [75]. При этом интегральный пик уже не аппроксимируется соотношением (1.25), а температурная зависимость скорости термической» эмиссии е„ = /(Г) не линеаризуется в аррениусовских координатах. В этом случае амплитуда БЬТБ пика не однозначно характеризует полную концентрацию ГУ и применение формул (1.25)-(1.27) для определения параметров ГУ становится некорректным. Таким образом, при наличии в запрещенной зоне полупроводника нескольких ГУ с близкими скоростями эмиссии и энергиями ионизации задача определения их параметров превращается в типичную задачу спектроскопии, требующую из общего интегрального спектра выделить мультиплетные составляющие, относящиеся к конкретным ГУ.
Предположим, что в полупроводнике имеется М перезаряжаемых ГУ, кинетика перезарядки каждого из которых описывается уравнением (1.19). Тогда соотношение (1.21), определяющее концентрацию ионизированных ГУ в запрещенной зоне при заданной температуре, примет вид:
Н1,Т) = М"+^п^,Т). (1.28)

где пу (г, 7) - мгновенная концентрацияу'-го ионизованного ГУ.