Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов Гурьянов Александр Михайлович

Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов
<
Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Гурьянов Александр Михайлович. Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов : Дис. ... канд. физ.-мат. наук : 01.04.10 Самара, 2006 155 с. РГБ ОД, 61:06-1/775

Содержание к диссертации

Введение

1. Оксиды редкоземельных элементов и мдп-структуры на их основе 11

1.1 .Редкоземельные элементы и их свойства 11

1.2.Структура и свойства оксидов редкоземельных элементов 18

1.3. МДП-структуры с диэлектрическими пленками оксидов редкоземельных элементов

1 4 Методика получения диэлектрических пленок оксидов редкоземельных элементов и МДП-структур

2. Распределение компонентов в структурах пленка оксида редкоземельного элемента - кремний и элементный состав пленок оксидов редкоземельных элементов 33

2.1.Определение структуры и состава вещества методами ядерного микроанализа 33

2.2. Анализ распределения компонентов в структурах пленка оксида редкоземельного элемента - кремний и элементного состава пленок оксидов редкоземельных элементов 37

3. Эллипсометрия тонких пленок оксидов редкоземельных элементов 50

3.1 .Методика эллипсометрических измерений 50

3.2.Описание экспериментальной установки 55

3.3. Моделирование структур пленка оксида редкоземельного элемента -кремниевая подложка и результаты эллипсометрических измерений 58

4. Электрофизические свойства кремниевых мдп-структур с диэлектрическими пленками оксидов редкоземельных элементов 71

4.1.Электропроводность кремниевых МДП-структур с диэлектрическими пленками оксидов редкоземельных элементов 71

4.2. Проводимость и диэлектрические потери в кремниевых МДП- структурах с диэлектрическими пленками оксидов редкоземельных элементов на переменном сигнале 82

4.3.Вольт-фарадные характеристики кремниевых МДП-структур с диэлектрическими пленками оксидов редкоземельных элементов 86

4.4.Генерационные процессы в кремниевых МДП-структурах с диэлектрическими пленками оксида скандия 93

5. Фотоэлектрические свойства кремниевых МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия 101

5.1.Определение высот энергетических барьеров на межфазных границах МДП-структур методом внутренней фотоэмиссии 101

5.2.0пределение высот энергетических барьеров на межфазных границах МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия по спектральным и вольтаическим зависимостям фототока 107

6. Просветляющие и пассивирующие свойства пленок оксида скандия 115

6.1 .Просветляющие покрытия 115

6.2.Оптические и просветляющие свойства пленок оксида скандия 117

б.З.Рекомбинационные свойства кремния, пассивированного пленками оксида скандия 124

Заключение 131

Список использованных источников

Введение к работе

Актуальность темы. Наиболее широко используемым диэлектриком при изготовлении пленочных микро- и наноструктур, структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структур), интегральных микросхем (ИМС) в настоящее время является двуокись кремния [1,2]. Двуокись кремния является естественным окислом кремниевой полупроводниковой подложки и получается высокотемпературным окислением кремния, имеет хорошие пассивирующие, защитные и маскирующие свойства, обладает высоким удельным сопротивлением и сравнительно низкой плотностью поверхностных состояний (ПС) на границе диэлектрик - полупроводник (ДП).

К существенным недостаткам двуокиси кремния, ограничивающим ее применение в качестве подзатворного диэлектрика, следует отнести низкую диэлектрическую проницаемость (є=3,9). Кроме того, при термическом окислении кремния происходит перераспределение примеси в приповерхностном слое полупроводника и увеличение числа дефектов, служащих центрами генерации-рекомбинации, что приводит к уменьшению времени жизни носителей заряда в полупроводнике. Выращенный термическим окислением кремниевой подложки, диэлектрический слой содержит большое количество микропор и не свободен от внутренних напряжений. Все это препятствует дальнейшей миниатюризации структур микроэлектроники и переходу к наноструктурам.

Для уровня технологии 90 нм в полевых транзисторах логических ИМС толщина подзатворного диэлектрика уменьшается до значений 1,2-1,8 нм [3]. При таких малых толщинах SiC>2 из-за прямого туннелирования резко возрастает ток утечки затвора, который становится больше предельно допустимого значения [4].

Многие перечисленные проблемы могут быть решены заменой двуокиси кремния на альтернативные диэлектрики (диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью - high-A: dielectrics) [5].

Использование диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью позволяет увеличить физическую толщину диэлектрика и, тем самым, подавить туннельные токи [4,5]. Кроме обеспечения приемлемых значений тока утечки через затвор подзатворные диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью должны удовлетворять следующим требованиям [6]:

1. Образовывать качественную границу раздела ДП с низкими

значениями (<10 см" ) плотности ПС и плотности фиксированного заряда.

  1. Быть совместимыми как с поликремниевыми, так и с металлическими затворами.

  2. Иметь стабильную аморфную или поликристаллическую структуру, не изменяющуюся в результате термообработок при изготовлении ИМС.

  3. Формироваться на производительном оборудовании в процессах, совместимых с технологическими операциями КМОП технологии и имеющих приемлемую для массового производства стоимость.

Для уровней технологии 90 и 65 нм первое требование обычно выполняется нанесением пленки с высокой диэлектрической проницаемостью поверх тонкого промежуточного слоя Si02 [7-9].

В качестве диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью рассматривается возможность применения диэлектрических пленок А12О3[10-12], НГО2[13-16], Zr02[17,18], ТЮ2[19], La2O3[20], Та205[21,22], Рг203[23,24], Се02[25], GdSc03, DySc03, LaSc03 [26,27] и др. Однако ни один из перечисленных диэлектриков не удовлетворяет одновременно всем приведенным выше требованиям [5,28].

МДП-структуры с диэлектрическими пленками оксидов редкоземельных элементов

Редкоземельные элементы (РЗЭ) находят непрерывно расширяющееся применение в микроэлектронике и технике. Их используют в качестве активных добавок в квантовой электронике, оптоэлектронике, ядерной энергетике, а также при изготовлении пленок и наноструктур, получении различных сплавов и т. д. Физические и химические свойства РЗЭ рассмотрены достаточно полно в работах [29-37].

В силу сходства физических свойств к числу РЗЭ наряду с лантаноидами обычно относят скандий и иттрий. Все они расположены в третьей группе Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Близость свойств РЗЭ объясняется особенностями их электронного строения. Лантаноиды - это четырнадцать следующих за лантаном элементов, у которых к электронной конфигурации лантана последовательно добавляются четырнадцать 4/-электронов (поэтому лантаноиды часто называют /-элементами). По мере увеличения заряда ядра (увеличения порядкового номера) структура двух внешних электронных уровней у атомов лантаноидов почти не изменяется, так как дополнительные электроны заполняют более глубоко лежащий 4/-уровень. Термин «лантаноиды» означает, что эти элементы образуют тесно связанную группу, типичным представителем которой по химическим свойствам является лантан; поэтому часто в нее включают и сам лантан.

По своим свойствам РЗЭ делятся на две подгруппы: «легкие» элементы цериевой группы (атомные номера от 57 до 63) и «тяжелые» элементы иттриевой группы (атомные номера от 64 до 71). Между цериевой и иттриевой подгруппами нельзя провести резкой границы, так как в зависимости от рассматриваемых свойств европий, гадолиний и тербий можно причислять к разным подгруппам. Физическим обоснованием разделения РЗЭ на две подгруппы является строение электронной оболочки. Общая вместимость ее электронов. Без учета спинов в ней могло бы разместиться 7 электронов. Оболочка, как правило, устойчива при полном заполнении или при заполнении наполовину. Гадолиний имеет семь /-электронов, у которых в соответствии с правилом Хунда все спины направлены в одну сторону, в то время как у последующих элементов заполнение электронами 4/:оболочки идет с антипараллельными спинами [32].

Существенное влияние на свойства РЗЭ оказывает лантаноидное сжатие -уменьшение атомного радиуса от лантана до лютеция (рис. 1.1). Причина этого сжатия заключается в неполном экранировании одного электрона другим в той же оболочке. По мере перехода от одного лантаноида к другому заряд ядра и число электронов возрастают на единицу. С увеличением атомного номера возрастает эффективный заряд ядра, воздействующий на каждый из 4/-электронов, что вызывает сокращение всей 4/-оболочки. Все эти последовательные сокращения и слагаются в общее лантаноидное сжатие. Имеет место отклонение от общей закономерности только у Ей и Yb.

РЗЭ относятся к переходной группе элементов [35], которые характеризуются высоким удельным сопротивлением, тугоплавкостью, высокой прочностью и твердостью, что связано с участием в межатомных связях не только внешних s-электронов, но и электронов внутренних уровней. РЗЭ характеризуются сходством химических свойств, так как электроны, находящиеся на 41Г-уровне экранированы и почти не влияют на химическую активность элементов. Свойства РЗМ зависят исключительно от конфигурации трех внешних электронов, а эта конфигурация для всех них одинакова.

Для элементов цериевой и иттриевой подгрупп характерно наличие переменной валентности в силу близости энергии связи электронов s-, р-, d- и f-уровней с остовом атома [30, 37]. Большинство РЗЭ - трехвалентны. Церий и празеодим проявляют себя трех- и четырехвалентными, самарий и европий -трех- и двухвалентными. Среди тяжелых элементов тербий и диспрозий имеют валентности 3 и 4, тулий и иттербий - 3 и 2.

Анализ распределения компонентов в структурах пленка оксида редкоземельного элемента - кремний и элементного состава пленок оксидов редкоземельных элементов

Известны различные методы нанесения на подложки тонких диэлектрических пленок: термическое (вакуумное) напыление, ионно-плазменное напыление, электрохимическое осаждение, химическое осаждение из газовой фазы [2,6,87]. Ионно-плазменное напыление имеет две разновидности: катодное напыление и собственно ионно-плазменное. Все эти методы могут быть использованы и для получения пленок ОРЗЭ.

Термическое испарение материалов в вакууме является распространенным и универсальным методом получения тонкопленочных слоев [64,88]. Термическим способом можно испарять практически любые материалы и получать пленки с разнообразными и достаточно воспроизводимыми свойствами [89].

На параметры пленок, получаемых термическим способом, влияют физико-химические свойства испаряемого материала, материал подложки и свойства его поверхности, давление и состав остаточных газов, скорость испарения и осаждения, соотношение между температурой испарения исходного материала и температурой подложки при осаждении пленки. Особое влияние эти факторы оказывают на свойства пленок из тугоплавких материалов, к которым относятся РЗЭ и их соединения.

Среди способов испарения материалов наибольшее распространение (в том числе и для РЗМ и их соединений) получили термическое испарение из резистивных нагревателей и электронно-лучевое испарение. Для получения пленок из тугоплавких материалов применяют также испарение лазерным лучом и ионно-плазменное распыление. В данной работе использовался метод термического испарения из резистивных нагревателей.

Получение пленок ОРЗЭ возможно методом термического испарения самих окислов в вакууме из танталовых или вольфрамовых нагревателей [64]. Однако, высокие температуры испарения ОРЗЭ (1600-2500С) значительно затрудняют процесс их напыления. Процесс, как правило, сопровождается диссоциацией или ассоциацией исходного соединения, взаимодействием с материалом испарителя и остаточными газами и соответственно нарушением стехиометрии напыляемых пленок, снижением воспроизводимости их свойств.

Для получения диэлектрических слоев используют также метод окисления металлических пленок (металлического зеркала) [64]. РЗЭ испаряют из танталовых, вольфрамовых или молибденовых нагревателей. Полученные металлические пленки окисляют, нагревая их в потоке сухого кислорода или на воздухе. Скорость окисления возрастает с увеличением температуры и давления кислорода.

Высокая технологичность вакуумного испарения металлов (более низкие температуры испарения, меньшее количество микропор в пленке, лучшая адгезия к поверхности подложки и др.) по сравнению с методами непосредственного термического напыления окислов и высокая химическая активность пленок РЗМ к кислороду позволяют получать однородные по свойствам окисные пленки с хорошими диэлектрическими свойствами. Кроме того, сравнительно низкие температуры окисления РЗМ (150-600С) исключают возможность образования дефектов и неоднородностей в пленке и полупроводниковой подложке.

В данной работе диэлектрические пленки ОРЗЭ получались методом термического окисления предварительно нанесенных термическим распылением в вакууме слоев РЗМ.

В качестве подложек кремниевых МДП-структур использовались полированные монокристаллические пластины кремния п- или р-типа проводимости КЭФ-5 или КДБ-4,5, имеющие кристаллографическую ориентацию (100) или (111) соответственно.

Перед нанесением пленок РЗМ кремниевые пластины подвергались химической обработке одним из перечисленных ниже способов: 1. Ультразвуковая мойка (обезжиривание) в ацетоне или четыреххлористом углероде в течение 10 минут. 2. Кипячение в перекисно-аммиачном растворе НгС М ОНіНгО (1:1:3) при температуре 80-85С в течение 10-15 минут.

Для снятия пленки естественного окисла, кремниевые пластины подвергались травлению в водном растворе плавиковой кислоты HF:H20 (1:10).

Слои редкоземельного металла наносились методом термического распыления из танталовой или молибденовой лодочки на установке типа ВУП-4 или ВУП-5 при давлении (1-4-2)-10-5 Торр при одновременном вращении подложки. Расстояние между испарителем и подложкой составляло 20-25 см, при этом получались достаточно однородные по толщине пленки.

Полученные пленки РЗМ толщиной 20-150 нм окислялись в трубчатом кварцевом реакторе, помещенном в муфельную печь типа СУОЛ-0.4.4, на воздухе при температуре 500-850С в течение 30-60 минут.

При изготовлении двухслойных пленок, когда одним из слоев являлась двуокись кремния, с поверхности кремниевых пластин предварительно стравливался слой естественного окисла. Слой двуокиси кремния термически выращивался в атмосфере воздуха при температуре 850-900С. После этого, описанным выше способом наносилась пленка ОРЗЭ.

Контакты к диэлектрическому слою изготавливались вакуумным термическим напылением алюминия через трафарет. Площадь металлического электрода составляла 0,24 мм2. С противоположной стороны кремниевой пластины наносился сплошной контакт из алюминия.

Моделирование структур пленка оксида редкоземельного элемента -кремниевая подложка и результаты эллипсометрических измерений

Диаметр светового пятна на поверхности образца не превышает 2,5 мм. Конструкция держателя позволяет производить перемещение образцов, выбирая рабочую точку на поверхности образца. В плече анализатора измеряется состояние поляризации света, отраженного от поверхности образца. Плечо анализатора включает в себя два пространственно разнесенных канала: амплитудный, для измерения параметра \/ и фазовый, для измерения параметра А. На входе плеча анализатора располагаются две диафрагмы, которые вырезают из расходящегося светового пучка два квазипараллельных пучка, отраженных от поверхности образца под одним и тем же углом. Непосредственно за диафрагмами помещена поворотная призма полного внутреннего отражения, которая отклоняет один из пучков на угол равный 90, направляя его в амплитудный измерительный канал ЧЛ Отклоненный пучок попадает в анализирующий блок, состоящий из призмы-анализатора Волластона и фотоприемного устройства. Призма Волластона разделяет падающий пучок света произвольной поляризации на два ортогонально поляризованных пучка, расходящихся под углом 11. Расщепленные пучки попадают на фотоприемники.

Световой пучок, прошедший мимо поворотной призмы, попадает в фазовый измерительный канал А. Проходя компенсатор, световой пучок претерпевает дополнительный сдвиг по фазе равный л/2 и попадает в анализирующее устройство, состоящее из призмы Волластона и фотоприемника. Анализирующее устройство в фазовом измерительном канале позволяет менять угол поворота анализатора вместе с приемником и устанавливать его в положение 0 или 45 относительно плоскости падения в зависимости от условий измерения. Сигналы її и 12 (канал измерения \/) и Ь и 14 (канал измерения А) обрабатываются далее в усилительных трактах, в которых применены малошумящие операционные усилители с автоматической сменой коэффициента усиления от 1 до 1000 через 10. Коэффициент усиления автоматически задается компьютером, исходя из условия насыщения сигнала. Усиленные сигналы поступают на 14-битный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) платы типа L761, размещенной на материнской плате персонального компьютера. Плата L761 обладает возможностью автоматически усиливать поступающие на нее аналоговые сигналы и преобразовывать их в цифровой вид. Максимальная частота преобразования АЦП - 125 кГц. В процессе измерения поляризационные элементы фиксированы в положениях: поляризатор - 45,компенсатор - 45, анализатор - 0. По измеренным величинам її, Ь, h и І4 вычисляются эллипсометрические параметры образца по формулам: При угловом положении анализатора 45 параметр А вычисляется по формуле:

Обработка результатов эллипсометрических измерений производилась с помощью программы LEF72, разработанной в Институте физики полупроводников (г. Новосибирск) Сибирского отделения РАН. Программа была адаптирована к решению конкретных задач в данной работе.

Среднее время единичного измерения равно 10 мс. Диапазон измеряемых толщин прозрачных пленок от 10 до 60000А. Используя режим непрерывных измерений с накоплением результатов, определялась относительная погрешность измерения углов ТиА. Для интервалов изменений углов ТиАв нашем случае она составляла 0,15% (для угла F) и 0,1% (для угла А). Это соответствовало погрешности определения показателя преломления не более 0,002 и толщины пленки не хуже 0,8 нм.

Моделирование структур пленка оксида редкоземельного элемента кремниевая подложка и результаты эллипсометрических измерений

Эллипсометрические измерения проводились как с чистыми кремниевыми подложками, так и с покрытыми пленкой ОРЗЭ [90,118,119]. Методика изготовления образцов описана в первой главе (п. 1.4). Диэлектрические пленки ОРЗЭ наносились при разных условиях на подложки, проходившие различную обработку. Изменялась температура, при которой происходило окисление пленки РЗМ, и время окисления.

Для определения модели отражающей поверхности рассматриваемых структур изготавливались образцы с пленкой переменной толщины. При нанесении слоя РЗМ термическим распылением из молибденовой лодочки подложка располагалась под углом 45-60 к направлению потока распыляемого металла. Толщина слоя редкоземельного металла нанесенного таким образом монотонно изменялась вдоль подложки. В результате термического окисления получалась пленка ОРЗЭ переменной толщины однородная по своим оптическим свойствам. Способ изготовления пленок разной толщины последовательным нанесением слоев, применяемый обычно другими авторами, в нашем случае оказался неприемлемым. Пленки, получаемые последовательным нанесением и окислением слоев, обладали послойно неоднородными оптическими свойствами.

Диэлектрические пленки ОРЗЭ переменной толщины, получаемые описанным способом, имели различие по толщине около 0,5-И,0 нм в пределах светового пятна, что составляет менее 1% от толщины пленки. Такое отклонение находится в пределах погрешности измерения толщины пленки.

Рассматривались модели структур без переходного слоя, с одним или двумя переходными слоями (рис. 3.2) [90,118,119]. В рамках этих моделей решались прямая и обратная задачи эллипсометрии. Определялись оптические параметры подложки, пленки ОРЗЭ и переходных слоев (толщина, показатели преломления и поглощения).

Проводимость и диэлектрические потери в кремниевых МДП- структурах с диэлектрическими пленками оксидов редкоземельных элементов на переменном сигнале

ВФХ МДП-структур обладают большой информативностью. По ВФХ можно рассчитать удельную ёмкость и диэлектрическую проницаемость диэлектрического слоя. По сдвигу экспериментальной ВФХ относительно идеальной - определить величину заряда, захваченного в диэлектрике и плотность поверхностных состояний (ПС) на границе ДП. ВФХ являются также базовыми для многих приборов, использующих свойства МДП-структур.

В данном параграфе проводится анализ экспериментальных высокочастотных ВФХ МДП-структур Al/Sc203/Si, Al/Gd2(VSi, Al/Sc203/Si02/Si, Al/Gd203/Si02/Si [80,81,99,121-123,130,131].

ВФХ измерялись с помощью универсального измерительного моста типа Е 7-12 или на установке, собранной по схеме Гоетцбергера [132]. Блок-схема установки приведена на рис. 4.14 [129]. На измерительную цепь, состоящую из емкости МДП-структуры Сх и последовательно включенного с ней нагрузочного сопротивления RH через разделительный конденсатор подавался переменный синусоидальный сигнал частотой 1 МГц от генератора Г4-42. Амплитуда измерительного сигнала не превышала 25 мВ. При условии Rn« 1/(соС) величина падения напряжения на нагрузочном сопротивлении RH пропорциональна измеряемой емкости Сх МДП-структуры [132]. Переменный сигнал, снимаемый с сопротивления RH, усиливался узкополосным усилителем У и детектировался синхронным детектором Д для выделения только емкостной составляющей в сигнале. Постоянное напряжение с выхода детектора, пропорциональное измеряемой емкости подавалось на вход "Y" двухкоординатного самописца ЛКД 4-003. Вместе с постоянным напряжением смещения на измерительную цепь подавалось медленно меняющееся пилообразное напряжение от генератора развертки, которое одновременно подавалось на вход "X" самописца. Напряжение развертки менялось в пределах от -10 до 10 В. Калибровка шкалы самописца проводилась подключением вместо МДП-структуры известной емкости. ВФХ исследуемых структур представлены на рис. 4.15 и 4.16. ВФХ имеют типичный нелинейный вид с четко выраженными максимальными и минимальными значениями емкости. Из экспериментальных ВФХ определялись значение удельной емкости МДП-структур в области С аккумуляции Суд, величина коэффициента перекрытия по емкости К = — , где П1ІП С и С . - максимальное и минимальное значения емкости соответственно, и max mm 7 величина управляющего напряжения AV. Полученные результаты приведены в таблице 4.4.

ВФХ структур с тонким ( 20-30 нм) диэлектриком были практически безгистерезисные. Величина сдвига ВФХ по оси напряжений не превышала 0,2 В. При увеличении времени окисления тонких пленок оксида скандия с 20 до 40 минут величина AV сдвига ВФХ уменьшалась от 0,2 до 0,1 В, что совпадает с результатами работы [133], полученными для пленок оксида гадолиния.

Благодаря большим значениям диэлектрической проницаемости пленок ОРЗЭ исследованные структуры обладают высокой удельной емкостью. Значение ёмкости МДП-структур Al/Sc203/Si в состоянии насыщения (С;) менялось от 230 до 1000 пФ в зависимости от толщины диэлектрика. При этом ёмкость структур в состоянии инверсии была равна 20-35 пФ. Такие значения ёмкости соответствуют коэффициенту перекрытия по ёмкости 10-30. Крутизна ВФХ, удельная емкость диэлектрика и коэффициент перекрытия емкости всех рассмотренных образцов в 5-7-15 раз превышают указанные параметры аналогичных элементов на основе широко применяемых диэлектрических материалов (Si02, Si3N4 и др.). Величина управляющего напряжения составляла не более 2,4 В (для структур Al/Sc203/Si не более 1,5 В).

Для определения параметров ПС на границе ДП экспериментальные ВФХ перестраивались в координатах C/Cj от V, где Q - емкость диэлектрика и сравнивались с идеальными [1,132,134]. Теоретические ВФХ брались из работы [135]. На рис. 4.17, 4.18 приведены нормированные к емкости оксида ВФХ исследуемых структур, а также теоретически рассчитанные ВФХ для идеальной МДП-структуры с Si02 (эффективная толщина -25 нм). Для исследуемых образцов экспериментальные ВФХ оказались смещенными относительно идеальных в сторону отрицательных напряжений. Это свидетельствует о наличии встроенного положительного заряда в диэлектрике и на границе ДП. Наличие положительного встроенного заряда характерно для термически выращенных окисных пленок. За создание положительного встроенного заряда ответственны ионизированные атомы избыточного кремния или вакансии кислорода в слое оксида, примыкающем к полупроводниковой подложке [47]. По сдвигу экспериментальной ВФХ относительно идеальной при потенциале плоских зон определялась величина эффективного удельного заряда на ПС Qss=CyaAV. Плотность ПС рассчитывалась по формуле Nss=Qss/q где q - заряд электрона [132,134]. Рассчитанные при потенциале плоских зон величины эффективного поверхностного заряда и плотности ПС приведены в таблице 4.5. Видно, что МДП-структуры Al/Sc203/Si, и Al/Sc2C 3/Si02/Si обладают лучшим качеством границы ДП. Наличие тонкого слоя двуокиси кремния под слоем диэлектрика приводит к увеличению величин Qss и NSs.

Похожие диссертации на Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов