Влияние водородсодержащих газов на электрические характеристики МДП-структур и МДП-диодов

• Автор: Дученко, Мария Олеговна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 218 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Полупроводниковые структуры с каталитическим затвором чувствительные к восстановительным газам
1.1. Физико-химические основы детектирования газов с помощью полупроводниковых структур
1.1.1. Принцип работы полупроводниковых устройств, используемых для измерения концентрации газов
1.1.2. Каталитическое действие переходных металлов
1.1.3. Поверхностные реакции в смесях водород-инертный газ и водород-воздух
1.2. Основные факторы, определяющие чувствительность газовых сенсоров
1.2.1. Рабочая температура
1.2.2. Материал, структура и толщина затвора
1.2.3. Толщина диэлектрика
1.2.4. Влияние влажности и эффектов старения на чувствительность газовых сенсоров
1.3. Кинетические характеристики сенсоров
1.4. Селективность датчиков на основе полупроводниковых структур
1.5. Предполагаемые механизмы отклика газовых сенсоров на основе полупроводниковых структур
1.6. Выводы и постановка задачи
2. Методика эксперимента
2.1. Технология изготовления МДП-структур
2.2. Методика измерений
3. Влияние водорода на электрические характеристики кремниевых МДП-
структур
3.1. Структуры Pd-Si02~p-Si
3.2. Структуры Pd-Si02-n-Si
3.3. Обсуждение экспериментальных результатов
3.3.1. Вольт-фарадные характеристики, плотность поверхностных состоянийбб
3.3.3. Вольт-сименсные характеристики
3.3.4. Физическая модель влияния водорода на электрические характеристики МДП-структур
3.4. Влияние термического отжига на электрические характеристики и сенсорные свойства МДП-структур
3.5. Выводы
4. Влияние водорода на электрические характеристики туннельных МДП-диодов на основе кремния
4.1. МДП-диоды на основе кремния п-типа
4.1.1. МДП-диоды на основе кремния с удельным сопротивлением р=5-7 Омсм (dpd=l 00,300 нм )
4.1.2. МДП-диоды на основе кремния с удельным сопротивлением р=80 Ом см (dpd=30,100 нм )
4.2. МДП-диоды на основе кремния р-типа
4.3. Обсуждение экспериментальных результатов
4.3.1. Вольт-фарадные характеристики
4.3.2. Вольт-амперные характеристики
4.3.2.1. Прямая ветвь вольт-амперной характеристики
4.3.2.2. Зависимость поверхностного потенциала от напряжения
4.3.2.3. Распределение плотности поверхностных состояний по энергиям
в запрещенной зоне кремния
4.3.2.4. Обратная ветвь вольт-амперной характеристики
4.3.3. Вольт-сименсные характеристики
4.4.4. Физическая модель влияния водорода на электрические характеристики туннельных МДП-диодов
4.4. Влияние термического отжига на сенсорные свойства МДП-диодов
4.6. Выводы
5. Влияние водорода на электрические характеристики МДП-диодов на основе арсенида галлия
5.1 МДП-диоды на основе n-GaAs, не подвергнутые термическому отжигу
5.2 МДП-диоды на основе n-GaAs, подвергнутые термическому отжигу
5.3 Обсуждение результатов
5.3.1 Вольт-амперные характеристики
5.3.2. Распределение плотности поверхностных состояний по энергиям в запрещенной зоне Ga As
5.3.3. Физическая модель влияния водорода на электрические характеристики МДП-диодов на основе GaAs
5.4 Выводы
6. Влияние аммиака на электрические характеристики МДП-структур и МДП-диодов на основе кремния
6.1. МДП-структуры
6.2 МДП-диоды
6.3. Обсуждение экспериментальных результатов
6.4. Выводы

Величина отклика также зависит от толщины активной металлической пленки. Для тонких пленок (менее 10 нм) Дипз повышается с увеличением толщины и в диапазоне (1Р1= 10-30 нм остается постоянным. Для пленок толще ЗОнм наблюдается спад Диш, и отклик приближается к нулю при бгч=70-100нм [32].
Причины такой зависимости в деталях не поняты. Низкую чувствительность к аммиаку в случае брЗ нм авторы [25, 32] связывают с большим сопротивлением затвора. Микрофотографии, сделанные с помощью электронного микроскопа, подтверждают островковый характер таких пленок. Большое сопротивление пленок толщиной от одного до трех нанометров, вероятно, обусловлено наличием изолированных островков, которые постепенно разрастаются и образуют сплошную пленку по мере увеличения времени напыления. С учетом вышеизложенного, в случае несплошных металлических пленок максимальное значение емкости оказывается существенно ниже расчетного, что объясняется неправильным определением активной площади конденсатора. Оценки показали, что при толщине платиновой пленки 6=1.5 нм только 20% геометрической площади металлического слоя контактирует с оксидом кремния. Таким образом, резкое снижение чувствительности сенсоров при малых толщинах платины (би<3 нм) определяется большим сопротивлением затвора. С увеличением толщины платинового электрода возрастает степень покрытия БЮг металлом. В интервале толщин 3-10 нм наблюдается некоторое снижение адсорбционного отклика. Тщательное исследование зависимости Дит=€(бщ) пока не внесли достаточной ясности. В работе [32] отмечается, что снижение Диго в интервале 3-10 нм толщин платиновой пленки не связано с большим электрическим сопротивлением, а обусловлено каким-то особым поведением тонких слоев И при взаимодействии с аммиаком. При 6=10-30 нм БЮг почти полностью покрыт Р1. Однако все еще наблюдается большое количество разрывов в пленке каталитического металла. Причем их число уменьшается по мере увеличения толщи-