Туннельный транспорт носителей и связанные с ним физические явления в структурах золото - фторид кальция - кремний (III)

• Автор: Илларионов, Юрий Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Положения, выносимые на защиту

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Фторид кальция и структуры на его основе

1.1.1. Фторид кальция как диэлектрический материал

1.1.2. Технология формирования слоев фторида кальция на кремнии

1.1.3. Приборы с эпитаксиальными пленками фторидов

1.2. МДП-системы с тонким диэлектриком, МДП-инжектор

1.2.1. Принципы функционирования туннельных МДП-структур

1.2.2. Инжекция горячих электронов в туннельных МДП-структурах

1.3. Технологические, технические и программные средства
1.3.1. Молекулярно-лучевая эпитаксия: общая информация
1.3.2. Базовые сведения о применяемых измерительных методиках
1.3.3. Программное обеспечение для моделирования МДП-приборов
Глава 2. Изготовление туннельных структур Аи/СаЕг/ЗЦШ) и измерительные средства для их комплексной диагностики
2.1. Выращивание и общий анализ качества тонких пленок СаРг
2.1.1. Важнейшие технологические особенности
2.1.2. Анализ топографии поверхности пленки фторида
2.1.3. Вид изготовленных образгщв МДП-структур
2.1.4. Диагностика электрической прочности слоев СаБг
2.2. Экспериментальные установки
2.2.1. Измерение электрических характеристик МДП-структур
2.2.2. Измерение оптических характеристик МДП-структур
Глава 3. Моделирование процессов туннельного переноса заряда через слой Ся¥2 в МДП-системах
3.1. Общий подход к расчету электрических характеристик туннельной МДП-структуры
3.1.1. Расчет вольт-амперпых кривых: основные задачи и подзадачи
3.1.2. Универсальная схема алгоритма
3.1.3. Моделирование фототранзисторного эффекта
3.1.4. Учет флуктуации толщины диэлектрика. Эффективная толщина
3.2. Случай туннелирования через очень широкозонный изолятор
3.3. Особенности вычисления туннельного тока в МДП-структуре
с кристаллическим диэлектриком на кремнии (111)
3.3.1. Специфика ситуации. Ранее применявшиеся подходы
3.3.2. Учет сохранения поперечной компоненты волнового вектора
3.3.3. Упрощенная формула для вероятности туннелирования
3.4. Использование промышленных симуляторов
3.4.1. Актуальность задачи адаптации программ для случая СаР
3.4.2. Детали работы с симулятором МШШОБ-Ш
3.4.3. Моделирование транспорта равновесных и неравновесных носителей
Глава 4. Электрофизические характеристики структур Аи/СаРг/вЦШ)
4.1. Вольт-фарадные характеристики
4.2. Статические вольт-амперные характеристики: свидетельство туннельного транспорта с сохранением поперечной компоненты волнового вектора
4.2.1. Общий вид характеристик в широком диапазоне напряжений
4.2.2. Измеренные и рассчитанные вольт-амперные кривые
4.2.3. О возможной бистабильности системы Аи/СаР2/п-51(1 11)
4.2.4. Применение симуляторов для расчета диодных МДП-структур с СаР
4.3. Анализ изменения ВАХ при токовой перегрузке структуры с СаРг
4.3.1. Трансформации характеристик при длительном протекании тока
4.3.2. Пробой структуры Аи/СаР2/Б1(111)

4.4. Реакция туннельных структур Au/CaF2/Si(l 11) на внешнее освещение
4.4.1. Общие положения. Процедура измерений Определение фототока
4.4.2. Фототрапзисторный эффект в структурах на основе n-Si
4.4.3. Фотодиодное поведение структур на основе p-Si
4.5. МДП-структура с CaF2 как затворная секция полевого транзистора
4.5.1. Выходные характеристики транзистора с CaF2 (расчет)
4.5.2. Неравновесное туннелирование в МДП-транзисторе с CaF2 (расчет)
Глава 5. Исследование электролюминесценции структур Au/CaF2/p-Si(lll)
5.1. Цели проведения измерений люминесценции туннельных МДП-структур
5.1.1. Исследование свойств МДП-инжекторов с тонкими диэлектриками
5.1.2. Модель эмиссии фотонов кремниевой МДП-структурой
5.2. Выбор типа легирования тестовых образцов
5.3. Определение спектрального состава излучения и обработка данных
5.3.1. Основные экспериментальные проблемы при детектировании
5.3.2. Свечение за счет «термализованнной» рекомбинации зона-зона
5.3.3. Измерения интенсивности излучения для различных длин волн
5.4. Люминесценция деградировавшей МДП-структуры с CaF
Заключение
Список публикаций
Литература

отклонение было пренебрежимо малым, но возрастало до 1-1.5 А при увеличении с1п до 7 МБ. В подобных случаях можно не учитывать флуктуации при расчетах, что обеспечивает ощутимое практическое удобство.
Помимо среднеквадратичного отклонения а а, неоднородности толщины слоя характеризуются корреляционной длиной /а; под этой длиной понимается минимальное расстояние между двумя точками, в которых локальные толщины диэлектрического слоя независимы. Более точное определение и примеры можно найти в работах [104-105]. При этом если величина /а превышает размер электрода Я'12 (5 - площадь), то неизбежен разброс типичных локальных толщин диэлектрика для разных электродов и, как следствие, разброс значений туннельных токов. Тогда для сравнения с результатами моделирования было бы необходимо усреднять данные измерений, поскольку средний ток не зависит от соотношения Б^а11л. Однако в нашем случае анализ результатов АСМ-измерений показал, что корреляционная длина составляет несколько десятков нанометров, что заведомо намного меньше размера электродов (см. ниже). Поэтому никакого разброса описанного выше происхождения не ожидается, что упрощает ситуацию.
2.1.3. Вид изготовленных образцов МДП-структур
Заключительным этапом изготовления МДП-структур с фторидом было нанесение золотых электродов на поверхность СаБг. Для этого образцы вновь помещались в эпитаксиальную камеру, где через специальную маску с круглыми отверстиями на них осаждались атомы золота, которые испарялись с поверхности золотой проволочки при ее нагреве в вакууме. В результате на поверхности фторида одновременно формировалось несколько сотен золотых электродов диаметром 80 мкм и толщиной около 40 нм. Фрагмент полученной МДП-структуры представлен на Рис. 2.8.
Рис. 2.8: Вид образца с МДП-структурами на основе фторида.
Из-за различия прилегания маски к подложке для разных участков при напылении, а также в положениях различных участков подложки относительно источника золота часть электродов имела отличия в размерах (не отражено на Рис. 2.8). Однако нанесение большого числа электродов позволило с помощью оптического микроскопа выбирать для измерений наиболее качественные из них, то есть без явных повреждений и отклонений от круглой формы. Это же позволило впоследствии сравнивать результаты измерений для