Введение к работе
Актуальность темы, В настоящее время тонкие пленки поликристаллического кремния находят широкое применение в качестве материала используемого как в микроэлектронике, так и в сенсорной электронике, в частности, при создании теизорезнсторов в интегральных тензопреобразователях механических величин. Использование поликремния в этом случае обусловлено рядом преимуществ по отношению к традиционно используемым для этих целей кремниевым диффузионым тензорезисторам: это расширенный до 250...300 С температурный диапазон работы, стабильность характеристик, более низкие значения и большая линейность температурных и нагрузочных характеристик, возможность осаждения на различные диэлектрические подложки. Дополнительным и важным преимуществом поликремниевых резисторов является возможность управления величиной их сопротивления при помощи пропускания через них тока превышающего некоторое пороговое значение. Поскольку количественная информация по этому эффекту в поликристаллическом кремнии в литературе представлена весьма скудно, то- эта дополнительная степень свободы требует детального исследования с целью определения основных факторов и условий, влияющих на ее возникновение, а также практического ее использования как для балансировки мостовых измерительных схем в интегральных тензопреобразователях (и других устройствах), после окончательной сборки прибора (т.е. когда уже никакой этап изготовления не повлияет на регулируемый параметр), так и для получения дополнительной информации об электрофизических свойствах сильнолегированного поликремния (а именно, областей границ зерен, поскольку они в первую очередь оказываются подверженными токовому отжигу).
Целью диссертационной работы являлось:
определение условий возникновения эффекта токового отжига в зависимости от характеристик поликремниевых резисторов и окружающей их среды,
исследование изменения электрофизических характеристик поликремниевых тензорезисторов после воздействия токового отжига,.
разработка методики исследования электрофизических характеристик силыюлегпрованных поликремниевых тензорезисторов с ^пользованием токового отжига.
разработка основных принципов использования эффекта токового отжига для коррекции характеристик тензочувствительных мостовых схем с поликремниевыми тензорезисторами.
Для достижения этих целей необходимо было решить следующие задачи:
определить параметр ответственный за пороговое возникновение эффекта і
экспериментально определить зависимость порогового тока от Характеристик резистора и окружающей резистор среды, разработать феноменологическую модель,
экспериментально определить зависимость величины порогового тока от длительности импульса, разработать феноменологическую модель,
исследовать возможность использования токового отжига для исследования свойств поликремнневых тензорезисторов,
экспериментально исследовать электрофизические свойства поликремниевых тензорезисторов и их изменение под действием импульсного токового отжига,
экспериментально исследовать влияние токового отжига на характеристики тензочувствительных мостов с поликремниевыми тензорезисторами,
разработать основные принципы коррекции параметров мостовых схем с поликремниевыми тензорезисторами при помощи токового отжига.
Научная новизна работы.
впервые разработана количественная феноменологическая модель процессов, происходящих в поликремниевом резисторе при импульсном токовом отжиге, получены аналитические выражения, позволяющие определить величину и длительность импульса тока необходимого для возникновения эффекта отжига, в зависимости от характеристик резистора и окружающей его среды,
впервые экспериментально определены величины и длительности порогового тока при различных значениях сопротивления поликремниевых резисторов,
впервые разработана и экспериментально проверена феноменологическая модель ретроградного изменения сопротивления поликремнневого резистора при токовом отжиге,
впервые описаны и экспериментально определены параметры временного дрейфа величины сопротивления поликремниевого резистора после импульсного токового отжига,
впервые разработаны основы методики использования импульсного токового отжига для определения электрофизических свойств областей границ зерен в сильно легированном полнкремнии,
впервые по указанной методике определены свойства областей границ зерен в сильнолегированиом поликремнии при нескольких различных значениях концентрации легирующей примеси,
впервые количественно определены изменения электрофизических свойств поликремниевых тензорезисторов после импульсного токового отжига,
впервые разработаны основные принципы коррекции характеристик интегральных тепзопреобразователей механических величин с поликремниевыми тензорезисторамн при помощи токового импульсного отжига.
Практическая значимость работы:
получены аналитические выражения, позволяющие определить величину и длительность импульса тока необходимого для возникновения эффекта отжига, в зависимости от, характеристик резистора и окружающей его среды, проведено сравнение с экспериментальными результатами, показавшее хорошее совпадение,
разработаны основы методики изменения величин сопротивления и его температурного коэффициента поликремииевого резистора при помощи токового отжига,
разработаны основные принципы коррекции величины начального разбаланса и его температурной зависимости для мостовых схем интегральных тепзопреобразователей механических величин с поликремниевыми тензорезисторамн при помощи токового импульсного отжига.
показана эффективность использования токового отжига для
устранения начального разбалаланса и его температурной зависимости,
сформулированиы условия необходимые для одновременного устранения
обоих факторов, , .
создана экспериментальная установка для проведения импульсного
токового отжига. .
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
феноменологическое описание эффекта токового отжига в поликристаллическом кремнии, включающее в себя комплекс зависимостей необходимых для практического его осуществления,
-
экспериментально полученные значения параметров процесса (окового отжига,
-
комплекс зависимостей, иллюстрирующих изменение электрофизических характеристик поликремниевых текзорезисторов под действием токового отжига,
-
методика определения характеристик областей границ зерен в сильнолегированном поликремнии с использованием токового отжига,
-
основные принципы и практическое использование токового отжига для коррекции параметров мостовых измерительных схем интегральных тензопреобразователей механических величин с силыюлегированными поликремниевыми тензорезисторами.
Апробация работы.
Результаты диссертационой работы докладывались и обсуждались на:
44-й Всесоюзной научной сессии, посвященной Дню радио, (г. Новосибирск, 1989),
Всесоюзной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения", АПЭП-90, (г. Новосибирск, 1990),
IV Всесоюзной конференции "Сенсор-91", (г. Ленинград, 1991),
Международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения", АПЭП-92, (г. Новосибирск, 1992),
Российской конференции, посвященной Дню радио, (г. Новосибирск, 1993),
Международной конференции "Датчики электрических и неэлектрических величин", Датчик-93, (г. Барнаул, 1993),
Российской конференции "Информатика и проблемы телекоммуникации", (г. Новосибирск, 1994),
Всероссийской конференции "Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления", (г. Пенза, 1994),
Международной конференции "Актуальные проблемы
электронного приборостроения", АПЭП-94, (г. Новосибирск, 1994),
The joint 4th Int. Symp. on Trends and New Applications in Thin Films - TATF'94 and the Uth Conference on High Vacuum, Interfaces and Thin Films- HVITF'94,(Germany, Dresden, 1994).
Международной конференции "Информатика и проблемы телекоммуникации", (Новосибирск, 1995),
The 4th International Workshop MEASUREMENT'95, (Slovakia, Smolenice, 1995).
Публикации по теме работы.
Основное содержание работы изложено в 24 печатных работах, 2 из которых - научно-технические отчеты. Список работ приводится в конце автореферата.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 255 страниц, включая 147 страниц машинописного текста, 94 рисунка, 3 таблицы, список цитируемой . литературы из 105 наименований.
