Гурьянов А.М. Гурьянов С.А.
Генерационные процессы в кремниевых МДП-структурах с наноразмерными диэлектрическими слоями оксидов редкоземельных элементов
Докладчик: Гурьянов А.М.
ГЕНЕРАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В КРЕМНИЕВЫХ МДП-СТРУКТУРАХ С НАНО-РАЗМЕРНЫМИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СЛОЯМИ ОКСИДОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬ-НЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
А.М. Гурьянов1), С.А. Гурьянов2)
1)Самарский государственный технический университет, Самара
2)Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва
Кремниевые МДП-структуры с диэлектрическими слоями оксидов редкоземельных элементов (ОРЗЭ) являются перспективными элементами для микро- и наноэлектроники, поскольку ОРЗЭ могут быть отнесены к альтернативным диэлектрикам (диэлектрикам с высокой диэлектрической проницаемостью – high-k dielectrics). В данной работе исследовались свойства границы диэлектрик-полупроводник в кремниевых МДП-структурах с наноразмерными диэлектрическими пленками оксидов скандия, эрбия, гольмия, иттрия, гадолиния толщиной 1560 нм.
Информацию о границе раздела диэлектрик-полупроводник можно получить, рас-сматривая генерационные процессы в МДП-структурах. Генерационные характеристики МДП-структур Al/R2O3/nSi/Al и Al/R2O3/pSi/Al (R – символ редкоземельного элемента) определялись из релаксационных зависимостей емкости МДП-структуры C(t) при неравно-весном обеднении поверхности кремния основными носителями заряда, создаваемом прямо-угольными импульсами напряжения. В данном методе к МДП-структуре прикладывается импульсное напряжение истощающей полярности, амплитуда которого достаточна для сме-щения приповерхностной области пространственного заряда (ОПЗ) в область инверсионных изгибов зон. При этом высокочастотная емкость C МДП-структуры становится гораздо меньше, чем равновесная инверсионная емкость C при томже самом напряжении смещения. После прекращения действия импульса напряжения, по мере генерации неравновесных но-сителей заряда толщина ОПЗ уменьшается, а высокочастотная емкость МДП-структуры уве-личивается. Процесс релаксации емкости МДП-структуры, описывается уравнением:
(1)
где Ci – емкость диэлектрика, отнесенная к единице площади, s – диэлектрическая проница-емость полупроводника.
По релаксационным кривым неравновесной емкости, полученным при различных ве-личинах приложенного постоянного напряжения, определялись объемное время жизни неос-новных носителей заряда g и удельная скорость поверхностной генерации S. Указанные за-висимости регистрировались в темноте, при комнатной температуре. Длительность переход-ного процесса релаксации неравновесной емкости разных образцов Al/R2O3/nSi/Al находи-лась в пределах 30500 мс. Рассчитанные значения скорости поверхностной генерации S и объемного времени жизни неосновных носителей заряда g имели соответственно величины 1090 см/с и 0,34,5 мкс. Скорость поверхностной генерации в исследованных МДП-структурах Al/Sc2O3/n(p)Si/Al, Al/Er2O3/n(p)Si/Al, Al/Ho2O3/n(p)Si/Al, Al/I2O3/n(p)Si/Al, Al/Gd2O3/n(p)Si/Al на порядок меньше аналогичного параметра в кремниевых МДП-структурах Al/Si2O3/n(p)Si/Al, что свидетельствует о хорошем качестве границы ОРЗЭ – кремниевая подложка. Для сравнения, значение скорости поверхностной генерации в крем-ниевых МДП-структурах Al/Si2O3/n(p)Si/Al составляет величину 200400 см/с в зависимости от величины дифференциальной энергетической плотности поверхностных состояний.
К списку докладов