Главная » 2014 » Август » 30 » Скачать Эффекты зарядовой компенсации в модифицированных слоях SiO2 на кремнии. Аскинази, Анатолий Юрьевич бесплатно
7:30 AM
Скачать Эффекты зарядовой компенсации в модифицированных слоях SiO2 на кремнии. Аскинази, Анатолий Юрьевич бесплатно
Эффекты зарядовой компенсации в модифицированных слоях SiO2 на кремнии
Диссертация
Автор: Аскинази, Анатолий Юрьевич
Название: Эффекты зарядовой компенсации в модифицированных слоях SiO2 на кремнии
Справка: Аскинази, Анатолий Юрьевич. Эффекты зарядовой компенсации в модифицированных слоях SiO2 на кремнии : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.10 Санкт-Петербург, 2004 189 c. : 61 05-1/390
Объем: 189 стр.
Информация: Санкт-Петербург, 2004
Содержание:
Глава 1 Дефекты и основные механизмы дефектообразования ^ в структурах Si-Si
11 Строение термически полученного окисного слоя на поверхности кремния
12 Основные дефекты в слоях двуокиси кремния на кремнии
13 Дефектообразование в структурах Si-Si
Глава 2 Методика эксперимента
21 Используемые образцы
22 Экспериментальные методы исследования
221 Особенности системы электролит-диэлектрикполупроводник (ЭДП)
222 Измерение ВЧ вольтфарадных характеристик (ВФХ) системы 81-8102-электролит
223 Метод полевых циклов
224 Метод послойного стравливанрм
225 Метод кинетик тока
226 Метод электролюминесценции
Выводы к главе
Глава 3 Зарядовая стабилизация в структурах, полученных с помощью ионной имплантации
31 Процессы дефектообразования при ионной имплантации
32 Зарядовое состояние структур Si-Si02, подвергнутых имплантации ионами аргона
321 Изменение зарядового состояния структур Si-SiOi первого типа в результате Р1И
322 Пространственное распределение зарядов, образующихся в результате ИИ в структурах первого типа
323 Влияние БТО на зарядовое состояние структур первого типа, подвергнутых ИИ
324 Изменение зарядового состояния структур Si-SiOi второго типа в результате ИИ и БТО
325 Итоги изучения изменений зарядового состояния структур Si-Si02 в результате ИИ аргона
33 Влияние менее энергетичных воздействий на электронные процессы в ионно-имплантированных аргоном структурах SiSiOa
331 Влияние БУФ-облучения на зарядовое состояние ионноимплантированных аргоном структур Si-Si
332 Влияние электрического поля на зарядовое состояние ионно-имплантированных Аг структур Si-Si
333 Влияние электрического поля на зарядовое состояние ионно-имплантированных Аг структур второго типа
34 Зарядовое состояние структуры Si-Si02, ионноимплантированных кремнием
35 Зарядовое состояние структур Si-Si02, полученных по технологии SIMOX
36 Электролюминесценция структур Si-Si02, полученных с помощью ионной имплантации
361 Электролюминесценция структур Si-Si02, имплантированных ионами аргона
362 Электролюминесценция структур Si-Si02, имплантированных ионами кремния v>
363 Электролюминесценция SIMOX-структур Si-Si02
Выводы к главе
Глава 4 Эффекты зарядовой компенсации в структурах Si-SiOi после низкоэнергетичных внешних воздействий
41 Зарядовая компенсация в структурах Si-Si02 в экстремальных электрических полях
42 Зарядовое состояние структур Si-Si02 после ВУФоблучения
43 Зарядовая компенсация в структурах, полученных термическим окислением кремния с изовалентно замещенным германием (Si:Ge-Si02)
44 Зарядовая компенсация в структурах Si-Si02, с толщиной окисного слоя менее нм
45 Особенности ЭЛ структур Si-Si02 в условиях реализации эффекта зарядовой компенсации
Выводы к главе
Глава 5 Механизмы зарядовой стабилизации и природа образующихся ЭАЦ
51 Предварительные замечания о механизмах зарядовой стабилизации
52 Формирование зарядового состояния структур Si-Si02 в результате РШ Аг
53 Формирование зарядового состояния структур Si-Si02 в результате ИИ Si
54 Формирование зарядового состояния SIMOX-структур
55 Зарядовая компенсация в структурах Si-Si02 после воздействия экстремально сильных электрических полей
56 Эффекты зарядовой компенсации при ВУФ-облучении структур Si-Si
57 Эффекты зарядовой компенсации в структурах на основе термически окисленного кремния с изовалентно-замещенным германием (SiiGe-SiOi)
58 Эффекты зарядовой компенсации в структурах Si-SiOi с толщиной окисного слоя менее им
Выводы к главе Основные выводы
Введение:
Актуальность темы.Одним из факторов, определяющих темпы научного и технического прогресса в твердотельной электронике, является успешное проведение фундаментальных исследований физико-химических процессов, протекающих в структурах полупроводник-диэлектрик (ДП), в первую очередь в структурах Si-Si02, при их изготовлении и эксплуатации. Это было обусловлено тем, что структуры Si-Si02 и создаваемые на их основе функциональные устройства являлись основой элементной базы современной твердотельной электроники.Однако развитие коммуникационных технологий и увеличивающаяся миниатюризация предъявляют к микроэлектронным устройствам новые требования, выполнение которых невозможно даже при использовании таких совершенных структур как Si-Si02, сформированных путем термического окисления кремния. Одним из таких требований, например, является переход от электрической передачи данных к оптической передаче, что равносильно попытке создания оптоэлектронных приборов на основе существующей кремниевой технологии. Все это привело к тому, что, начиная с 1990-х годов, в микроэлектронике и твердотельной электронике появился целый ряд устройств, использующих в качестве основы структуры кремний-диэлектрик, в которых в качестве диэлектрика использовался модифицированный слой двуокиси кремния. Такие структуры формировались: - путем термического окисления кремния и последующей направленной модификации свойств окисного слоя внешними, зачастую экстремальными, воздействиями (радиационное облучение, имплантация, термополевые воздействия и т.д.) - путем термического окисления предварительно модифицированной кремниевой подложки (кремний с изовалентнозамещенным германием, пористый кремний и т.д.) - использование принципиально другой технологической базы: кремний на изоляторе, SIMOX- технология и т.д.Оказалось, что такие структуры обладали целым набором специфических свойств, среди которых для нас представляет особый интерес их реакция на различные внешние воздействия, связанные с возбуждением атомной и электронной подсистем ДП-структур и их последующей релаксацией, приводящей к различным видам атомных перестроек, включая процессы дефектообразования.В связи с вышеизложенным представляется целесообразной и актуальной постановка работы, в которой было бы проведено изучение электрофизических свойств и характера протекающих электронных процессов в структурах кремний-модифицированный окисный слой.Цель работы.Цель настоящей работы заключалась в изучении электронных процессов в структурах кремний-модифицированный слой Si02 и выявлении на этой основе общих закономерностей в изменении электрофизических свойств данных структур в результате внешних (экстремальных) воздействий.Задачи.Для реализации данной цели необходимо решение следующих задач: 1. Разработка новой и усовершенствование существующих методик для изучения электронных процессов в модифицированных окисных слоях на кремнии.2. Исследование основных закономерностей образования электрически активных центров (ЭАЦ) в ДП-структурах, полученных с использованием ионной имплантации (РШ).3. Исследование основных закономерностей образования ЭАЦ в структурах Si-Si02 при менее энергетичных экстремальных воздействиях.4. Выявление общих закономерностей изучаемого круга явлений и разработка модельных представлений о процессах формирования ЭАЦ в модифицированных окисных слоях на кремнии.Для успешного решения поставленных задач в работе была использована система электролит-диэлектрик-полупроводник (ЭДП), обладающая рядом преимуществ перед традиционно используемой для подобных исследований системой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП).ЭДП система позволяет создавать в диэлектрическом слое значительно более сильные электрические поля (до 30 МВ/см для слоя Si02 толщиной 30 нм), не вызывая деструктирующего пробоя, и осуществлять эффективный контроль за свойствами ДП-структур. При этом используются как традиционные для микроэлектроники методы (вольтфарадных и вольтамперных характеристик), так и специально разработанные (в том числе и в рамках настоящей работы) применительно к ЭДП-системе методы (полевых циклов, кинетик тока, послойного профилирования, электролюминесценции).Научная новизна работы состоит в следующем: 1. Впервые показано, что полевые воздействия на структуры Si-Si02, приводящие к развитию процесса ударной ионизации (УИ) в объеме Si02, сопровождаются формированием сложной зарядовой структуры окисного слоя: образованием отрицательного и положительного зарядов. При этом отрицательный заряд расположен ближе к границе с кремнием.2. Проведено детальное изучение зарядового состояния окисных слоев структур Si-Si02, модифицированных или сформированных с помощью ИИ. Выявлен эффект зарядовой компенсации, заключающейся в формировании при определенных условиях пространственно разнесенных зарядов разного знака. Показана возможность управления зарядовым состоянием таких структур при помощи облучения светом из области ближнего ультрафиолета (БУФоб лучения).3. Впервые обнаружена значительная модификация окисного слоя в результате облучения светом из области вакуумного ультрафиолета (ВУФ-облучения), заключающаяся в формировании в области МФГ Si-Si02 высокой концентрации ЭАЦ, образующих пространственно разнесенные заряды разного знака непосредственно после ВУФоблучения и изменяющие свое зарядовое состояние при последующих даже слабых (-4 МВ/см) полевых воздействиях.4. Впервые обнаружена существенная зависимость процессов полевого дефектообразования в структурах Si-Si02 от толщины окисного слоя.Показано, что полевые воздействия на структуры с толщиной окисного слоя менее 45 нм сопровождаются подключением дополнительного порогового механизма генерации положительно и отрицательно заряженных дефектов в области 10-20 нм — от МФГ SiSiOa в области полей, не приводящих к развитию процесса УИ в объеме окисного слоя.5. Выявлены основные закономерности формирования зарядовых свойств структур Si-SiOa с модифицированным окисным слоем.Предложена модель, связывающая наблюдаемый эффект зарядовой компенсации в этих структурах с образованием пространственно разнесенных нестехиометрических областей SiOx с х > 2 и х < 2 .Практическая значимость работы.1. В работе предложен и апробирован метод исследования изменений зарядового состояния структур Si-Si02 непосредственно в процессе полевого воздействия, основанный на измерении кинетик сквозного тока, протекающего через структуру при полевом воздействии.2. Обнаруженное в работе влияние БУФ-облучения на SIMOXструктуры может быть использовано при разработке специальных датчиков УФ-излучений.3. Показана возможность существенного управляемого изменения зарядового состояния окисных слоев на кремнии путем их модификации при помощи контролируемых внешних воздействий.Основные положения, выносимые на защиту: 1. Метод кинетик тока-метод исследования зарядового состояния структур кремний-диэлектрик непосредственно в процессе полевого воздействия.2. Основные закономерности изменения зарядового состояния структур Si-Si02 в результате возбуждения и последующей релаксации атомной (ионная имплантация) и электронной (электрическое поле, ВУФ-облучение) подсистем окисного слоя заключающиеся в образовании пространственно разнесенных зарядов разного знака в области межфазовой границы Si-Si02 (эффект зарядовой компенсации).3. Модельные представления о процессах зарядовой компенсации, связывающие образование в результате модификации окисного слоя зарядов разного знака с формированием в области окисного слоя вблизи поверхности кремния нестехиометрическх областей SiOx с X > 2 и х < 2 .Структура работы.Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и списка литературы.Диссертация содержит 189 стр., включая 97 рисунков на 57 стр., 4 таблицы и 79 наименований библиографических ссылок на 8 стр.Публикации.Основные результаты работы опубликованы в виде статей и тезисов докладов на конференциях в восьми печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.Апробация работы.Результаты работы были доложены на Итоговом семинаре по физике и астрономии для молодых ученых (Санкт-Петербург, 2002 г.), V Международной конференции «Прикладная оптика» (Санкт-Петербург, 2002 г.), X Международной конференции «Физика диэлектриков» (СанктПетербург, 2004 г.).Вклад автора.Основные экспериментальные и теоретические результаты диссертационной работы получены автором. В ряде коллективных работ автору принадлежат изложенные в диссертации выводы и защищаемые положения.Основное содержание работы.Во Введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы, научная новизна, практическая значимость.
