авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Влияние дефектов на электрофизические свойства структур металл-полупроводник и металл-диэлектрик-полупроводник

-- [ Страница 2 ] --

с граничными условиями , . Здесь – распределение потен­циала в области пространственного заряда полупроводника; – величина электро­статического потенциала на поверхности полупроводника; – ширина ОПЗ; 0 – электрическая постоянная вакуума; – диэлектрическая постоянная полупроводника; – объемная плотность заряда ОПЗ, в которой – величина заряда электрона; , – концентрации свободных носителей заряда в ОПЗ полупроводника; – концентрация ионизированных атомов «мелкой» донорной примеси; – концентрация ионизированных атомов «глубокой» акцепторной примеси.

Концентрации свободных носителей заряда в ОПЗ и ионизированных атомов «мелкой» донорной примеси определялись согласно статистике Ферми–Дирака. Концентрация ионизированных атомов «глубокой» акцепторной примеси рассчитывалась исходя из модели Шокли–Рида–Холла. Кроме того, в расчетах учитывалось изменение ширины запрещенной зоны кремния от температуры.

Решение уравнения Пуассона осуществлялось численно многосеточным конечно-разностным методом. В качестве первой сетки использовалась сетка с достаточно малым числом интервалов (большим шагом), остальные сетки получали из нее последовательным сгущением вдвое. При этом шаг исходной сетки определялся выражением , где – количество дополнительных сеток, применяемых при решении уравнения Пуассона, – сетка с наименьшим шагом из всех применяемых, на которой будет получено результирующее решение. Разностное решение уравнения Пуассона, полученное для сетки с большим шагом, интерполировалось на следующую сетку и использовалось на ней в качестве нулевого приближения. Погрешность решения уравнения Пуассона оценивалась по правилу Рунге. В результате проведенного анализа сходимости решения разностной задачи к решению дифференциальной при определении распределения потенциала рассмотренным методом использовалось дополнительных сеток с шагом минимальной сетки , требование к погрешности решения .

С помощью разработанной модели, на примере кремния с см-3 было проведено ис­следование влияния ГУ на распределения потенциалов в структурах металл-полупро­водник и металл-диэлектрик-полупроводник. Показано, что акцепторные ГУ при из­менении концентрации от нуля до могут приводить к уменьшению высоты потенциального барьера структуры металл-полупроводник на величину мВ, а также уменьшению поверхностного потенциала, соответствую­щего образованию инверсионного слоя в МДП-структурах, на величину мВ. Кроме того, установлено, что существенное влияние на форму потенциального барьера акцепторные ГУ в кремнии с эВ могут оказы­вать при температурах К, c эВ при К, с эВ при К. В рассматриваемых случаях ширина ОПЗ могла быть увеличена более чем в три раза за счет введения в полупроводник акцепторных ГУ. Ана­лиз полученных результатов моделирования показал, что ГУ начинают оказывать сущест­венное влияние на лишь при концентрациях одного порядка с концентра­цией основной легирующей примеси. Наибольшее влияние на распределение потенциала акцепторные ГУ оказывают при температурах ниже температуры активации, причем влияние тем больше, чем больше концентрация ГУ. Область температур, в которой про­являют себя ГУ, непосредственно связана с их энергетическим положением .

Распределе­ния потен­циала в структуре Si-W на примере примеси фосфора в кремнии ( см-3) при температуре Т = 100 К приведены на рис. 1.

1 – в отсутствии ГУ,

2 – при наличии акцепторного ГУ

с эВ, см-3

На основе разработанной модели были также рассчитаны ВФХ МДП-структур при различных законах распре­деления легирующей примеси и наличии в полупроводниковой подложке ГУ. При этом полная емкость МДП-структуры определялась из выражения , где – емкость диэлектрика, – емкость области пространственного заряда, величина которого рассчитывалась как .

Семейство нормированных квазистатических ВФХ МДП-структур с толщиной ди­электрика SiO2 100 нм () для различ­ных концен­траций акцепторных ГУ () при темпе­ратуре представ­лено на рис. 2.

Показано, что ВФХ МДП-структур при наличии в полупровод­нике ГУ имеют следую­щие особенности: силь­ная инверсия достига­ется при меньших на­пряжениях на полевом электроде, так как ак­цепторные ГУ умень­шают концентрацию свободных носителей в объеме полупроводника; наблюдается участок с отрицательной дифференциаль­ной ем­костью.

Рассмотрено влияние различных законов распределения примеси на ВФХ МДП-структур. На рис. 3 в качестве примера представлены расчетные ВФХ МДП-структур, соответствующие изменению концентрации примеси по закону Гаусса (см. закон 2 таб­л. 1) при мкКл/см-2, см-3, нм, К.

Таблица 1

Виды распределений основной легирующей примеси

1) а) см-3 б) см-3 в) см-3
2) , при см-3, мкКл/см2, нм, нм
3) при нм-1, нм а) см-3 б) см-3

1 – нм; 2 – нм; 3 – нм; 4 – нм.

Установлено, что наибольшее влияние на ВФХ МДП-структур оказывают измене­ния концентрации примеси непосредственно в пределах ОПЗ. Ширина ОПЗ зависит от особенностей распределения примеси и определяет минимальную емкость ВФХ МДП-структур. Кроме того, изменяя целенаправленно закон легирования атомов примеси в полупроводнике, можно в определенных пределах управляемо прогнозировать как на­пряжение плоских зон, так и напряжение инверсии.

Применение разработанной модели позволяет оценить корректность выбора со­ответствующей теории переноса заряда в структурах металл-полупроводник, а также по­высить достоверность определения электрофизических параметров границы раздела ди­электрик-полупроводник в МДП-структурах.

Третья глава посвящена исследованию влияния дефектов на электрофизические свойства полупроводниковых структур (ПС). В ней рассматриваются методы контроля параметров ГУ, а также поверхностных состояний – метод динамической спектроскопии ГУ и метод вольт-фарадных характеристик. Описано техническое обеспечение, позволяющее реализацию этих методов. Произведена модернизация автоматизированной системы диагностики полу­проводниковых структур:

  • разработано устройство опре­деления температуры ПС, позволяющее обрабатывать и передавать в ЭВМ типа IBM PC сигнал, про­пор­циональный температуре исследуемой ПС, разрешаю­щая способность которого составляет величину порядка 0,1 0С в широком диапазоне тем­ператур от минус 200 0С до плюс 500 0С;
  • разработан блок сопряжения и контроля, позволяющий осуществлять сопряже­ние ЭВМ с изме­рительной аппаратурой по ка­налу общего пользования (КОП, аналог интерфейса IEEE-488) на скорости до 1 Мбайт/с;
  • разработан блок напряжения смещения, позволяющий задавать при по­мощи ЭВМ напряжение смещения на исследуемой ПС в диапазоне от минус 100 В до плюс 100 В с шагом 1 мВ, контролировать ток утечки ПС и возможность измерять её ВАХ.

С целью апробации АСДПС и разработанной модели проведено экспериментальное исследование МДП-структур, сформированных на пластинах кремния, обработанных электроискровым разрядом никелевым электродом, в результате которого было выявлено четыре акцептор­ных ГУ. ДСГУ-спектр приведен на рис. 4.

Полученные значения энергий ионизации (, , , ) обусловлены комплексами дефектов с участием атомов никеля, а также близки к известным из литературы параметрам ГУ, обусловленных наличием в кремнии дислокаций. Кроме того, были рассчитаны зависимости плотности поверхност­ных состояний от величины поверхностного потенциала для рассмотренных МДП-струк­тур на основе классической модели, не учитывающей влияния ГУ, и при помощи разработанной в диссертационной работе модели, учитывающей влияние ГУ на ВФХ МДП-структур.

 На рис. 5 приведена зависимость плотности-92

На рис. 5 приведена зависимость плотности поверхностных состояний от величины поверхностного потенциала: 1 – для МДП-структуры без электроискровой обра­ботки; 2, 3 – для МДП-структуры, сформированной на кремнии, обработанном электроис­кровым разрядом никелевым электродом (2 – модель не учитывает ГУ, 3 – модель учиты­вает ГУ).

Полученные экспериментальные результаты подтверждают работоспособность АСДПС и разработанной модели.

В четвертой главе рассматривается применение разработанной модели и аппа­ра­туры при прогнозировании электрофизических свойств и характеристик полупроводни­ковых приборов, формируемых на основе структур металл-полупроводник и металл-диэлектрик-полупроводник.

С учетом ряда приближений проведено

моделирование распределения потенциала в ОПЗ эмиттера и коллектора транзистора с металлической базой (SiC-Cr-SiC) на основе 3С, 15R, 4H политипов карбида кремния для случаев различного распределения леги­рующей примеси (табл. 1).

На основе анализа результатов моделирования (табл. 2) установлено, что в по­лупроводнике коллекторной области целесообразно реализовать равномерное распреде­ление основной легирующей примеси с наибольшей концентрацией, допускающей фор­мирование барьера Шоттки; в полупроводнике эмиттерной области целесообразно фор­мировать распределение примеси в соответствии с законом Гаусса; необходимо учиты­вать влияние ГУ на характеристики эмиттерного и коллекторного барьеров, в том числе их зарядовые состояния и распределения, определяемые коэффициентами диффузии ато­мов металла в полупроводнике.

Корректность полученных выводов подтверждена результатами моделирования коэф­фициентов прозрачности для рассчитанных распределений потенциала эмиттерного и кол­лекторного барьеров ТМБ с использованием численного решения уравнения Шредингера.

Исследо­вано влияние квантово-механических эффектов, обусловленных движением электронов в потенциальном поле структуры полупроводник-металл-полупроводник (ПМП), на коэффициент передачи ТМБ. Показано, что не­обходимо учитывать многократное отражение (переотражение) носителей заряда от сте­нок потенциального барьера квантовой ямы базы, так как доля инжектированных эмитте­ром электронов, протуннелировавших сквозь потенциальный барьер, образованный ОПЗ коллектора ТМБ, может достигать величины порядка 10%; туннелированием «фермиев­ских» электронов из металла базы () в область коллектора можно пренеб­речь; существенное влияние на

Таблица 2

Параметры барьера Шоттки SiС-Cr

Высота барьера со стороны полупроводника , В Ширина ОПЗ , нм в ней­тральной области полупроводника, эВ
политип политип политип
0.108 0.773 1.134 5220 10261 11911 0.392 0.377 0.366
0.227 0.892 1.253 668 1086 1239 0.273 0.258 0.247
0.346 1.011 1.372 77 114 128 0.154 0.139 0.128
2 0.108 0.773 1.134 43 78 98 0.392 0.377 0.366
0.108 0.773 1.134 5254 10276 11907 0.392 0.377 0.366
0.227 0.892 1.253 833 1182 1322 0.273 0.258 0.247


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.