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

коэффициент передачи ТМБ оказывают интерфе­ренционные эффекты, обусловленные прохождением частиц над потенциальной ямой, соответствующей области металлической базы, которые приводят к его квазипериодиче­ской осцилляции и могут быть использованы для получения заданных электрофизических свойств. Рассчитанные распределения потенциала в ОПЗ эмиттера и коллектора ТМБ по­зволяют прогнозировать наиболее вероятный механизм переноса носителей заряда в этой структуре для моделирования ВАХ транзистора с металлической базой.

Приведены соотношения, позволяющие прогнозировать параметры полупровод­никовых приборов, сформированных на основе МДП-структур. Анализ результатов прогнозирования электрофизических свойств и характеристик полупроводниковых приборов на основе МДП-структур с помощью разработанной модели показал, что электрофизические свойства МДП-структур – емкость диэлектрика и объемного заряда , величина объемного заряда и объемного потенциала , а также напряжения плоских зон позволяют прогнозировать величину порогового напряжения, размах и крутизну МДП-транзистора, коэффициенты нели­нейности и перекрытия, а также величину добротности МДП-варикапов; целенаправленное введение в полупроводник примесей, создающих в запрещенной зоне ГУ, позволит получить МДП-варикапы, имеющие особенности ВФХ вида «ступенька», «колокол», «волна» и др. (рис. 6 – 8); увеличение добротности МДП-варикапа может быть достигнуто путем уменьшения удельного сопротивления полупроводникового материала за счет его неоднородного легирования по заданному закону.

Таким образом, такие МДП-структуры можно использовать при проек­тировании варикапов, применяемых в составе перестраиваемых частотных фильтров.

В заключении сформулированы основные научные и практические резуль­таты работы.

В приложениях приводятся описание и схемы электрические принципиальные разработанных блоков автоматизированной системы диагностики полупроводниковых структур.

Основные результаты диссертационной работы

1. Рассмотрено влияние глубоких энергетических уровней и неравномерного рас­пределения электрически активных примесей на электрофизические свойства полупро­водниковых структур. Показана целесообразность учета этих факторов на распределения потенциалов, а также вольт-фарадные характеристики структур металл-полупроводник и металл-диэлектрик-полупроводник.

2. Разработана математическая модель распределения потенциала, позволяющая учитывать влияние ГУ и неравномерного распределения примесей на электрофизические свойства структур металл-полупроводник и металл-диэлектрик-полупроводник.

3. Проведено теоретическое исследование влияния ГУ и неравномерного распре­деления электрически активных примесей на распределения потенциалов в структурах металл-полупроводник и металл-диэлектрик-полупроводник, а также вольт-фарадные характеристики МДП-структур. Установлено, что акцепторные ГУ в кремнии n-типа проводимости могут приводить к уменьшению высоты потенциального барьера структуры металл-полупроводник на величину мВ; существенное влияние акцепторные ГУ с энергетическим положением эВ могут оказы­вать при температурах К, c эВ при К, с эВ при К; ВФХ МДП-структур при наличии в полупровод­нике акцепторных ГУ отличаются меньшими по абсолютной величине значениями напряжений инверсии, коэффициентов перекрытия, возможным появлением участков с отрицательной дифференциальной ем­костью.

4. С целью проведения экспериментального исследования произведена модернизация автоматизированной системы диагностики полупроводнико­вых структур, в ходе которой разработаны устройство определения температуры исследуемой полупроводниковой структуры, блок сопряжения и контроля, блок напряжения смещения, позволяющие расширить функциональные возможности АСДПС, а также повысить оперативность определения электрофизических свойств полупроводниковых структур и параметров ГУ.

5. Установлено, что при обработке пластин кремния электроискровым разрядом никелевым электродом, в его запрещенной зоне формируются акцепторные ГУ. 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.

6. Рассчитаны зависимости плотности поверхностных состояний от величины по­верхностного потенциала для рассмотренных МДП-структур с учетом наличия ГУ. Показано, что их учет повышает достоверность определения плотности поверхност­ных состояний.

7. Рассмотрены возможности применения разработанной модели при прогнози­ровании электрофизических свойств и характеристик полупроводниковых приборов, формируемых на основе структур металл-полупроводник и металл-диэлектрик-полупро­водник на примерах транзистора с металлической базой и поверхностного варикапа.

8. Исследо­вано влияние квантово-механических эффектов, обусловленных движением электронов в потенциальном поле структуры полупроводник-металл-полупроводник, на коэффициент передачи ТМБ. Установлено, что существенное влияние на коэффициент передачи ТМБ оказывают интерфе­ренционные эффекты, обусловленные прохождением частиц над потенциальной ямой, соответствующей области металлической базы, которые приводят к его квазипериодиче­ской осцилляции и могут быть использованы для получения заданных электрофизических свойств.

9. Показано, что применение разработанной модели позволяет уточнить выбор соответствующей теории переноса заряда в структурах металл-полупроводник, а также повысить достоверность определения электрофизических параметров границы раздела диэлектрик-полупроводник в МДП-структурах.

Таким образом, полученные результаты мо­гут быть использованы для оптимизации технологических режимов формирования актив­ных элементов ИС, уточнения электрофизических свойств полупроводниковых при­боров, а также физического моделирования характеристик перспективных активных эле­ментов сверхскоростных ИС на этапе их проектирования.

Публикации по теме диссертационной работы

1. Захаров А.Г., Богданов С.А. Вольт-фарад­ные характеристики МДП-структур с учетом однозаряд­ного глубокого энергетиче­ского уровня // Известия вузов. Северо-Кав­казский регион. 2007. № 5. С. 21–27.

2. Захаров А.Г., Котов В.Н., Богданов С.А. Моделирование распределения потен­циала в барьерах Шоттки транзистора с металлической базой // Нано- и микросистемная техника. 2007. № 4. С. 45–47.

3 Богданов С.А., Варзарев Ю.Н., Набоков Г.М. Автоматизированная система из­мерения параметров глубо­ких уровней в полупроводни­ковых структурах // Актуальные проблемы твер­дотельной электроники и микроэлектроники: Труды 8-й Международ­ной на­учно-технической конферен­ции. Часть 1 – Таганрог 2002 – С. 88 – 89.

4. Захаров А.Г., Филипенко Н.А., Богданов С.А. Моделирование влияния элек­три­чески активных примесей на вольт-фарадные характери­стики МДП-структур // Математи­ческие модели фи­зических процессов: Сб. на­учных трудов 10-й Междуна­родной научной конферен­ции. – Таганрог, 2004 – С. 121–124.

5. Захаров А.Г., Филипенко Н.А., Богданов С.А. Термоэлектрическая эффек­тив­ность дислокационного электронно-дырочного пере­хода // Математические модели фи­зических процессов: Сб. на­учных трудов 11-й Междуна­родной научной конферен­ции. – Таганрог, 2005 – C. 125-127.

6. Захаров А.Г., Богданов С.А., Набоков Г.М. Автоматизированный комплекс для диагностики МДП-струк­тур // Опто- и наноэлектроника, нанотехнологии и микросис­темы: Труды 3-й междуна­родной конференции. – Улья­новск, 2005 – С. 70.

7. Захаров А.Г., Богданов С.А. Влияние электрически актив­ных примесей и их распреде­ления на вольт-фарадные ха­рактеристики МДП-структур // Актуальные проблемы твер­дотельной электроники и микроэлектроники. Труды 10-й Международной науч­ной конференции. – Та­ганрог, 2006 – С. 93–95.

8. Захаров А.Г., Богданов С.А. Моделирование влияния глу­боких энергетических уровней на вольт-фарадные характери­стики МДП-структур // Опто-, наноэлектроника, на­нотехнологии и микросис­темы: Труды IV Междуна­родной конференции. – Уль­яновск, 2006. – С. 118.

9. Захаров А.Г., Филипенко Н.А., Богданов С.А. Исследование свойств границы раздела диэлектрик-полупро­водник в МДП-структуре с глубокими энергетическими уровнями // Труды IX Международной кон­ференции «Современный физический практикум». Волгоград, – 2006. – С. 128–129.

10. Захаров А.Г., Колпачев А.Б., Богданов С.А. Концепция модели функцио­нирова­ния транзистора с про­водящей базой нанометриче­ских размеров // Актуальные проблемы твер­дотельной электроники и микроэлектроники: Труды 10-й Международной науч­ной конференции. – Та­ганрог. – 2006. – C. 40–42.

11. Захаров А.Г., Богданов С.А., Варзарев Ю.Н., Набоков Г.М. Устройство для оп­ределения температуры полупроводнико­вой структуры при измерении параметров глубо­ких энергети­ческих уровней // Известия ТРТУ. – Таганрог, 2004. № 8 (43). – C. 214–215.

12. Захаров А.Г., Богданов С.А. Моделирование распределения потенциала в при­поверхност­ной области полупроводника с глубокими уровнями // Известия ТРТУ. – Та­ганрог, 2005. № 9. – С. 217–222.

13. Захаров А.Г., Богданов С.А. Моделирование вольт-фарадных характеристик МДП-структур с неоднородным рас­пределением основной леги­рующей примеси// Извес­тия ТРТУ. – Таганрог: ТРТУ, 2006. № 9. – С. 57–61.

В работах, написанных в соавторстве, личный вклад автора состоит в следующем: [1, 7 – 9, 12, 13] проведено моделирование и исследование влияния глубоких энергетических уровней и неравномерного распределения электрически активных примесей на электрофизические свойства и характеристики рассматриваемых в работах полупроводниковых структур; [2] выполнено моделирование распределения потен­циала в барьерах Шоттки транзистора с металлической базой (ТМБ) для различных законов распределения легирующей примеси; [3] разработано программное обеспечение обработки экспериментальных данных с целью расчета параметров ГУ, а также определения электрофизических свойств границы раздела диэлектрик-полупроводник; [4] предложен метод моделирования влияния электрически активных примесей на вольт-фарадные характеристики МДП-структур; [5] произведена оценка величины термоэлектрической эффективности дислокационного электронно-дырочного перехода; [6] предложена структурная схема автоматизированного комплекса для диагностики МДП-структур; [10] предложена концепция построения модели ТМБ нанометриче­ских размеров; [11] разработано устройство оп­ределения температуры исследуемой полупроводнико­вой структуры.

Типография Технологического института Южного федерального университета в г. Таганроге

Зак. № Тираж 110 экз.