Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Физико-математические науки
Физика полупроводников и диэлектриков

Диссертационная работа:

Каданцев Алексей Васильевич. Электрофизические методы исследования дефектов с глубокими уровнями в многослойных структурах на основе полупроводников : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.10.- Воронеж, 2006.- 148 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-1/740

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ОГЛАВЛЕНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА I. РАДИАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ В СТРУКТУРАХ МЕТАЛЛ-
ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕ
ДОВАНИЯ 10

I. 1. Радиационное дефектообразование в МДП-структурах на основе
кремния и арсенида галлия 10

1.2. Стационарные методы исследования параметров МДП-струк-
тур 21

I. 3. Нестационарные методы исследования параметров МДП- струк
тур 30

I. 4. Методы исследования пространственного распределения объём-

ного заряда в диэлектрических слоях МДП-структур 39

Цели и задачи 45

ГЛАВА И. ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЦИОННЫХ И ЭЛЕКТРО
МАГНИТНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА СПЕКТР ГЛУБОКИХ
УРОВНЕЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВ 46

II. 1. Автоматизированный DLTS-спектрометр 46

II. 2. Эффект радиационной аннигиляции дефектов в диодах Шоттки

на кремнии и арсениде галлия 65

II. 3. Воздействие импульсных магнитных полей на спектр глубоких

уровней кристаллов арсенида галлия 69

Выводы к главе II 75

ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗ
ЛУЧЕНИЙ НА СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-
ПОЛУПРОВОДНИК 76

III. 1. Автоматизированный комплекс для исследования радиационных
дефектов в тестовых структурах МДП интегральных схем 76

III. 2. Исследование радиационного дефектообразования в МДП-
структурах 84

III. 3. Эффект образования внеэлектродного инверсионного слоя в об-

лученных МДП-структурах 97

Выводы к главе III 108

ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕ
ЛЕНИЯ РАДИАЦИОННОГО ЗАРЯДА В ДИЭЛЕКТРИКЕ
МДП-СТРУКТУРЫ ПО ТОКАМ ВНУТРЕННЕЙ ФОТОЭМИС
СИИ 110

IV. 1. Методика определения пространственного распределения радиа-

ционного заряда в диэлектрике МДП-структуры 110

IV. 2. Автоматизированная установка для фотоэмиссионных исследо
ваний в МДП-структурах 116

IV. 3. Экспериментальное определение пространственного распределе
ния радиационного заряда в диэлектрике МДП-структу
ры 126

Выводы к главе IV 129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 131

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 133

Введение к работе:

Исследование дефектов с глубокими уровнями в полупроводниковых материалах и многослойных структурах на основе полупроводников является одним из основных направлений физики полупроводников. Постоянная потребность в таких исследованиях связана с разработкой новых полупроводниковых материалов и приборных структур на их основе для элементной базы твердотельной электроники.

Основные проблемы, возникающие при анализе, интерпретации и моделировании формирования дефектов с глубокими уровнями в многослойных структурах на основе полупроводников (структурах типа металл-полупроводник и металл-диэлектрик-полупроводник), обусловлены тем, что наблюдаемые изменения электрофизических параметров исследуемых структур являются интегральным результатом дефектообразования, происходящего по разным механизмам в полупроводнике, диэлектрике и на границе их раздела. Эти проблемы могут быть разрешены только при комплексном исследовании, обеспечивающем возможность независимого контроля и разделения процессов образования дефектов в полупроводниках, диэлектриках и на границах их раздела. Комплексный подход к исследованию дефектов с глубокими уровнями в многослойных структурах на основе полупроводников подразумевает совместное использование набора прецизионных электрофизических методов исследования дефектообразования в полупроводниковых подложках, диэлектрических слоях и границах раздела полупроводник-диэлектрик в исследуемых структурах.

Необходимость решения указанных проблем определяет актуальность разработки комплекса прецизионных электрофизических методов исследования дефектов с глубокими уровнями в слоях и на границах раздела структур типа металл-полупроводник (МП) и металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), включая создание универсального прецизионного измерительного оборудова-

ния, которое позволило бы реализовать совместное использование существующих и разрабатываемых методов.

Цели и задачи исследования.

Цель работы состояла в разработке комплекса электрофизических методов исследования дефектов с глубокими уровнями в многослойных структурах на основе полупроводников и создании универсального прецизионного измерительного оборудования, обеспечивающего реализацию методов нестационарной спектроскопии глубоких уровней (Deep Level Transient Spectroscopy -DLTS), емкостной, токовой и фотоэмиссионной спектроскопии.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи исследования.

  1. Разработка прецизионного метода DLTS для исследования дефектов с глубокими уровнями в полупроводниках, создание оборудования для его реализации и проведение исследований воздействия радиации и электромагнитных импульсов на спектры глубоких уровней в кристаллах Si и GaAs.

  2. Разработка комплекса емкостных и токовых методов исследования дефек-тообразования в МДП-структурах, создание универсальной автоматизированной измерительной установки для его реализации и исследование радиационного дефектообразования в МДП-структурах методами вольт-фарадных характеристик, подпороговых токов и токов накачки заряда с учетом пла-нарной неоднородности и краевых эффектов.

  3. Разработка метода исследования пространственного распределения радиа-ционно-индуцированного заряда в диэлектрических слоях МДП-структур с глубокими уровнями по токам внутренней фотоэлектронной эмиссии.

Научная новизна.

1. Предложен способ определения эффективного заряда в полупроводнике, эффективной плотности поверхностных состояний и фактора гетерогенно-

сти поверхностного потенциала в МДП-транзисторных структурах из совместных измерений токов накачки заряда и подпороговых токов.

  1. Разработан метод определения пространственного распределения объемной плотности радиационно-индуцированного заряда, локализованного на дефектах с глубокими уровнями в диэлектрике кремниевой МДП-структуры, по вольт-амперным характеристикам токов внутренней фотоэлектронной эмиссии.

  2. Предложен метод определения проводимости внеэлектродного инверсионного слоя в МДП-структуре с локализованным зарядом в диэлектрике по активной составляющей адмиттанса структуры, являющийся более чувствительным по сравнению с известным емкостным методом.

  3. Впервые методом DLTS наблюдался эффект уменьшения концентрации исходных дефектов в кристаллах кремния и арсенида галлия в результате воздействия малых доз гамма-излучения.

  4. Впервые наблюдался эффект изменения DLTS-спектра поверхностных электронных состояний в кристаллах арсенида галлия в результате воздействия импульсного магнитного поля.

Положения, выносимые на защиту.

1. Разработанный метод нестационарной спектроскопии глубоких уровней,
основанный на автогенераторном способе регистрации высокочастотной
ёмкости при малой амплитуде тестового сигнала, обеспечивает измерение
релаксации емкости с относительным разрешением АС/С < 10"5, что по-

11 "X

зволяет обнаруживать глубокие уровни с концентрацией до 10 см" . Повышение достоверности определения параметров глубоких уровней достигается регистрацией семейства характеристик изотермической релаксации емкости в широком температурном интервале.

2. Воздействие гамма-излучения Со60 в диапазонах доз до 104 Р для кристал
лов Si и до 5-Ю6 Р для кристаллов GaAs приводит к уменьшению ампли
туды максимумов исходных спектров DLTS без образования новых мак-

симумов, что свидетельствует о снижении концентрации исходных дефектов в результате их взаимодействия с радиационными дефектами.

  1. Воздействие импульсного магнитного поля с индукцией до 0,5 Тл на кристаллы GaAs приводит к изменению спектра DLTS поверхностных электронных состояний, что может быть обусловлено снятием спиновых запретов на дефектные реакции в магнитном поле.

  2. Комплекс емкостных и токовых методов исследования дефектообразова-ния в МДП-структурах и универсальная измерительная установка, реализующая методы вольт-фарадных и вольт-амперных характеристик, включая измерение подпороговых токов и токов накачки заряда, позволяет разделить эффекты воздействия радиации на полупроводник, границу раздела полупроводник-диэлектрик и диэлектрик МДП-структуры.

  3. Расчет сопротивления внеэлектродного инверсионного слоя по активной составляющей адмиттанса существенно расширяет диапазон измеряемой величины по сравнению с известным методом расчета по реактивной составляющей.

  4. Вольт-амперные характеристики фотоэмиссионного тока позволяют определить параметры пространственного распределения радиационного заряда в диэлектрике кремниевой МДП-структуры.

Практическая значимость.

  1. Автогенераторный DLTS спектрометр обеспечивает возможность автоматизированных исследований дефектов с глубокими уровнями в полупроводниках с повышенной точностью.

  2. Универсальный измерительный комплекс для электрофизических исследований многослойных структур на основе полупроводников емкостными и токовыми методами позволяет исследовать радиационные, электромагнитные и иные воздействия на характеристики слоев и границ раздела МДП-структур и, в частности, может использоваться для контроля радиационной стойкости МОП (КМОП) интегральных схем.

  1. Предложенный метод расчёта сопротивления внеэлектродного инверсионного слоя по активной составляющей адмиттанса МДП-структуры существенно расширяет диапазон определения параметра по сравнению с известным методом расчета по реактивной составляющей.

  2. Предложенный метод исследования распределения заряда в диэлектрике кремниевой МДП-структуры по токам внутренней фотоэлектронной эмиссии может использоваться при оценке качества и радиационной стойкости подзатворных диэлектриков.

Практическая реализация результатов работы.

Разработанные методы исследования радиационного дефектообразова-ния в МДП-структурах и оборудование, созданное для их реализации используются в НИР ВГУ по разработке контроля радиационной стойкости КМОП БИС, выполняемых для ФГУП ЦНИИмаш.

Конкретное личное участие автора в получении научных результатов.

Лично автору принадлежит разработка новых методов ёмкостной, токовой и фотоэмиссионной спектроскопии исследования дефектов в полупроводниковых кристаллах, на границе раздела полупроводник-диэлектрик и в диэлектрических слоях многослойных структур, создание автоматизированного оборудования для реализации разработанных методов, проведение экспериментальных исследований радиационных и электромагнитных воздействий на дефектность многослойных структур на основе полупроводников, интерпретация полученных результатов.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на ниже перечисленных конференциях и семинарах: Международная научно-техническая школа-семинар " Молодые ученые 2002", (Москва, 2002); Международная научно-техническая конференция "Молодые ученые - науке, тех-

нологиям и профессиональному образованию", (Москва, 2003); V Международная конференция "Кибернетика и технологии XXI века" (Воронеж, 2004); Международная научная конференция "Тонкие пленки и наноструктуры", (Москва, 2004); V Международная научно-техническая конференция "Электроника и информатика - 2005", (Зеленоград, 2005).

Публикации.

По результатам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 13 печатных работ, в том числе 8 статьях и 5 материалах докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 152 наименования. Объём диссертации составляет 148 страниц, включая 55 рисунков.

Подобные работы
Мишустин Владислав Геннадьевич
Исследование влияния локализованных состояний на распределение пространственного заряда в барьерных структурах на основе неупорядоченных полупроводников
Ковчавцев Анатолий Петрович
Структуры металл - диэлектрик-полупроводник на основе арсенида индия
Рудь Василий Юрьевич
Фотоплеохроизм алмазоподобных полупроводников и поляриметрические структуры на их основе
Кожанова Юлия Владимировна
Исследование одноэлектронных и двухэлектронных примесных центров в полупроводниках методом эмиссионной мессбауэровской спектроскопии
Шевченко Ольга Юрьевна
Исследование электронных свойств бесщелевых Cd(x)Hg(1-x)Te, HgTe, HgSe и узкощелевых (TlBiS2)x - (TlBiSe2)1-x полупроводников методом эффекта поля в системе полупроводник - электролит
Давыдов Денис Викторович
Исследование радиационных дефектов в карбиде кремния емкостными методами
Соболев Михаил Михайлович
Дефекты с глубокими уровнями в структурах А3В5 и их взаимодействие с квантовыми точками
Штрекерт Ольга Юрьевна
Исследование физических процессов в P-I-N-гетероструктурах на основе органического полупроводника CuPc и неорганического полупроводника GaAs
Ермолов Алексей Викторович
Транспортные свойства гетероструктур на основе магнитных полупроводников
Сибатов Ренат Тимергалиевич
Моделирование дисперсионного переноса в полупроводниках на основе уравнений с производными дробного порядка

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net