WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 7 Влияние радиационного воздействия на характеристики МДП структур с окислами редкоземельных элементов © Я.Г. Федоренко, Л.А. Отавина, Е.В. Леденева, А.М. Свердлова Саратовский государственный университет, 410071 Саратов, Россия (Получена 20 марта 1996 г. Принята к печати 22 января 1997 г.) Приведены результаты исследований влияния -облучения на электрофизические характеристики МДП структур с окислами редкоземельных элементов Y2O3, Dy2O3, Tb2O3, Gd2O3, Lu2O3. Рассмотрены статические характеристики (вольт-амперные, вольт-фарадные) и динамические (переходные характеристики, диаграммы колебательных режимов) структур до и после облучения дозой D = 104106 рад. Обнаружено, что доза облучения D = 106 рад не приводит к существенной деградации характеристик структур. Наблюдаемые радиационные изменения исследуемых образцов не противоречат данным, известным для МДП структур с SiO2 в качестве диэлектрика.

Влияние радиационного воздействия на характерис- 100 500. Пленка алюминия служила полевым электтики МДП структур исследовалось в последние годы родом. Использовались 3 типа подложек: однородно лев ряде работ [1–13]. Однако, несмотря на большое гированная n-Si, содержащая переход (n+-p)-Si (ОС) и число экспериментальных и теоретических данных по со скрытым диффузионным слоем (n+-n--p)-Si (СС).

этому вопросу, трудно конкретизировать процесс по- Топология структуры образцов представлена на рис. 1 явления радиационно-индуцированного объемного за- (см. вставку).

ряда в диэлектрике и на границе раздела окисел– 60 Образцы облучались источником Co при разомкнуполупроводник. Это связано с тем, что накопление тых электродах. Дозы облучения менялись от 102 радиационно-индуцированного заряда зависит от многих до 106 рад. Измерения проводились на облученных образфакторов: технологии получения окисла, условий облуцах через одинаковое время хранения после облучения, чения, послерадиационной обработки, материала диэлекравное 60 ч, отжиг не проводился.

трика [4,5,11,12]. Наиболее подробно рассматривались Для исследования свойств образцов использовались радиационные эффекты, возникающие в МДП структурезультаты измерения высокочастотных (ВЧ) вольтрах с окислом кремния SiO2 и нитридом кремния Si3N4 в фарадных характеристик (ВФХ), динамических вольткачестве диэлектрика [2,3,6]. На высокую радиационную стойкость диэлектриков SiO2+Si3N4 иSiO2+Si3N4+SiO2 амперных характеристик (ВАХ), переходных характеристик до и после облучения. Измерялось время переуказывается в работах [3,7,8]. Менее известны данные ходного процесса при выключении импульса обедняюо радиационном воздействии на полевые структуры с щего напряжения, длительность и амплитуда которого окислами редкоземельных элементов (ОРЗЭ) в качестве варьировались; анализировались зависимости времени диэлектрика. Как показали исследования электрофизичепереходного процесса от дозы облучения. Исследоваских характеристик МДП структур с ОРЗЭ, эти окислы лись колебательные режимы в RL-цепи с включенной обладают высокой стабильностью диэлектрических и МДП структурой до и после облучения. Построены электрических свойств, большой диэлектрической продиаграммы режимов в координатах ”амплитуда– частота ницаемостью, химической стойкостью, большой ширивнешнего воздействия ”. Методика экспериментов с ной запрещенной зоны [10,14].

использованием нелинейного неавтономного контура с Цель настоящей работы — исследование влияния p-n-переходом и построение даиграмм режимов заимст-облучения на параметры МДП структур с ОРЗЭ. Невованы из работ [15,16].

обходимо отметить, что исследовались МДП структуры, изготовленные как на однородной подложке, так и на подложке со встроенным p-n-переходом. Выбор МДП структур с неоднородно легированной подложкой сделан в связи с тем, что они имеют вольт-амперные характеристики с участком отрицательного дифференциального сопротивления, и протекающие в них неравновесные процессы могут быть более чувствительны к -облучению.

Методика исследования Исследовались образцы с окислами редкоземельных элементов (диспрозия Dy2O3, тербия Tb2O3, лютеция Рис. 1. Вольт-фарадные характеристики МДП структур с Lu2O3, гадолиния Gd2O3, иттрия Y2O3) толщиной окислом Lu2O3 до (1) и после (2) облучения.

886 Я.Г. Федоренко, Л.А. Отавина, Е.В. Леденева, А.М. Свердлова Результаты и их обсуждение Анализ ВЧ вольт-фарадных характеристик структур до и после облучения показал, что для всех образцов имеет место известный из литературы сдвиг ВФХ по оси напряжений, свидетельствующий о том, что в диэлектрике и на границе раздела индуцируется положительный заряд (рис. 1). Напряжение плоских зон принимает значения от -1.25 до -4.5 В у различных образцов в зависимости от его значения до облучения. Значения плотности поверхностных состояний находились в интервале Nss = (0.7-1.1) · 10-12 эВ-1см-2 для необлученных образцов и в интервале Nss =(2.3-3.7)·10-12 эВ-1см-для облученных.

На рис. 2 представлены ВАХ МДП структур на одРис. 3. Зависимость напряжения переключения Us от нородной (1, 1 ) и неоднородной (2, 2 ) подложках. ВАХ дозы облучения D для МДП структур с диэлектриками:

структур на однородной подложке сохраняют свой вид 1 —Dy2O3 (СС), 2 — Dy2O3 (ОС), 3 — Tb2O3 (СС), после облучения. ВАХ образцов с неоднородно легиро4 —Tb2O3 (ОС). Типы подложек в структурах, обозначенных:

ванной подложкой как (n+-p)-Si, так и (n+-n--p)-Si, ОС — (n+-p)-Si, СС — (n+-n--p)-Si.

имеющие участок отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС), изменяются по параметру Us (напряжение переключения). Зависимость Us от дозы ряда инжектируемых и накапливаемых у поверхности облучения D приведена на рис. 3. При малых додырок, а достижение необходимой для эффекта перезах D < 104 рад напряжение переключения растет до ключения концентрации дырок приводит к увеличению 9 12 В, а с увеличением дозы более 104 рад — уменьUs. С увеличением дозы D до 106 рад растет величина шается до 4 7 В. Очевидно, с ростом дозы изменяетQbuilt, что существенно снижает сопротивление диэлекся степень влияния положительного радиационно-индутрика, и перераспределение напряжения наступает при цированного заряда в диэлектрике на перераспределение меньшем смещении на полевом электроде, т. е. Us снинапряжения между диэлектриком и областью пространжается. Полученный результат согласуется с данными ственного заряда (ОПЗ) в полупроводнике, приводящее работы [17], где отмечается роль глубоких уровней в к эффекту переключения. При малых дозах величина диэлектрике, связанных с центрами, расположенными встроенного положительного заряда Qbuilt недостаточна для этого, и напряжение переключения растет. Дей- как вблизи кремния, так и алюминия, накопление заряда ствительно, появление на границе раздела диэлектрик– на которых в процессе облучения приводит к их зарядке полупроводник положительного заряда вызывает увели- и перезарядке по мере увеличения дозы.

чение концентрации электронов на поверхности полу- Зависимость времени переходного процесса от дозы проводника. Тогда на компенсацию этого наведенного облучения представлена на рис. 4. Видно, что при малых отрицательного заряда уйдет часть положительного за- (U0 < 10 В) и больших (U0 >10 В) амплитудах импульРис. 2. Вольт-амперные характеристики МДП структур с оки- Рис. 4. Зависимость длительности переходного процесса ts слом Lu2O3 при отрицательном напряжении на полевом элек- от дозы облучения. 1, 2 — амплитуда импульса U0 > 10 В;

троде до (1, 2) и после (1, 2 ) облучения дозой D = 106 рад. 3, 4 — U0 < 10 В. Экспериментальные точки 1–4 соответствуТип подложки: 1, 1 — n-Si, 2, 2 — n-p+-Si. ют тем же структурам, что и на рис. 3.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № Влияние радиационного воздействия на характеристики МДП структур с окислами... Рис. 5. Диаграммы режимов RL-цепи с МДП структурой до (вверху — a, c, e) и после (внизу — b, d, f ) облучения; типы подложки в структурах: a, b — n-Si, c, d — (n+-p)-Si, e, f — (n+-n--p)-Si. Цифрами 1–4, 6, 8 обозначены области существования колебаний соответствующего периода 1T –4T, 6T, 8T. Штриховыми линиями обозначены линии гистерезиса по добавлению. Заштрихованы области хаотических колебаний.

са U0 зависимости длительности переходного процесса ts рассуждение подтверждает приведенная на рис. 3 завиот величины дозы различны. После выключения импуль- симость напряжения переключения от дозы. Обнаруженса амплитудой до 10 В ts возрастает с увеличением дозы ные особенности (максимумы) в зависимостях ts и Us от облучения до 104 рад, а затем уменьшается. При им- дозы облучения подтверждают нелинейность изучаемых пульсе с амплитудой более 10 В, переводящем структуру процессов. С ростом дозы увеличивается положительный в открытое состояние, время переходного процесса ts встроенный заряд, однако его увеличение вызывает не вначале уменьшается с увеличением дозы облучения, а постоянный рост параметров ts или Us, а только их затем возрастает. Таким образом, ясно, что для каждой увеличение до определенного значения, в связи с тем, области напряжений бистабильного состояния системы что происходит перераспределение напряжения между с ростом дозы происходит смена механизма релаксации ОПЗ и диэлектриком, в результате чего накопление, неравновесных носителей заряда. релаксация и движение накопленного заряда изменяются.

По виду зависимости ts от дозы облучения при амплитуде Объяснение полученных результатов основано на слеимпульса, больше 10 В, (см. рис. 4, кривые 1, 2) преддующем. Если амплитуда импульса меньше 7 10 В, ставляется реальным предположить, что радиационные структура находится в высокоомном состоянии и вредефекты в диэлектрике влияют на время прохождения мя переходного процесса определяется релаксацией дырок, инжектированных p-n-переходом, вызывая неконакопленных дырок на границе раздела диэлектрик– торое их ускорение в интервале D = 102 104 рад и полупроводник с участием поверхностных состояний.

торможение в интервале D = 104 106 рад.

Когда амплитуда импульса достаточна для переключения структуры в низкоомное состояние, время переход- Влияние -облучения на параметры МДП структуры ного процесса определяется прохождением носителей было также обнаружено при изучении колебательных через диэлектрик. При дозах D < 104 рад возникнове- режимов в RL-цепи, составленной с МДП структурой.

ние радиационно-индуцированного заряда в диэлектрике Известно [18], что диаграммы режимов отражают динасопровождается появлением отрицательного заряда в мику следующих процессов, протекающих в полупроводприповерхностной области полупроводника и электриче- никовом образце: накопление и релаксацию носителей с ского поля (оно сохраняется после выключения импуль- участием рекомбинационных центров и поверхностных са), направление которого тормозит движение дырок к состояний. Следовательно, изменения параметров поповерхности. Это вызывает увеличение с дозой времени верхностных состояний, которые определяют частотные переходного процесса. Рост дозы облучения до 106 рад характеристики МДП структуры, оказывают влияние на обусловливает снижение вклада указанных факторов, возбуждение колебаний в цепи. При приложении периуменьшение падения напряжение на диэлектрике и бес- одического напряжения периода T в системе возникали препятственное движение носителей к поверхности, так сложные периодические колебания, имеющие различный что ts уменьшается (см. рис. 4, кривые 3, 4). Данное период: 2T, 3T, 4T, 6T и хаотические колебания.

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 888 Я.Г. Федоренко, Л.А. Отавина, Е.В. Леденева, А.М. Свердлова На рис. 5 представлены диаграммы режимов структур [7] О.В. Вовк, В.П. Лелеченко, В.И. Солошенко, Я.О. Ройзман, В.А. Чкунина. ФТП, 27, 1349 (1993).

с тремя типами подложек. Рассмотрим диаграммы режи[8] П.В. Кучинский. ФТП, 27, 1354 (1995).

мов цепи с МДП структурой на однородной подложке, где в качестве диэлектрика использована пленка Y2O3 [9] Д.Г. Крылов, Е.А. Ладыгина, А.П. Галеев. ФТП, 26, (1992).

(рис. 5, a, b). Как видно, до облучения диаграммы [10] В.А. Рожков, А.И. Петров. Тез. докл. конф. ”Электрофирежимов имели сложную структуру — области удвоезика слоистых структур” (Томск, 1988) вып. 5, с. 21.

ния периода, гистерезиса, хаотического режима. После [11] V.V. Afanas’ev, J.M.M. deNijs, P. Balk. Appl. Phys. Lett., 66, облучения диаграммы режимов упростились: остались 1783 (1995).

колебания периодов 1T, 2T, 4T, область существования [12] N. Sano, M. Sekiya, M. Hara, A. Kohno, T. Sameshina. Appl.

хаотических колебаний имеет меньшую площадь.

Phys. Lett., 66, 2107 (1995).

На диаграмме режимов цепи со структурой на под- [13] А.М. Емельянов, В.В. Голубев. ФТП, 28, 2084 (1994).

ложке (n+-p)-Si (рис. 5, c, d) после облучения остается [14] M. Gasgnier. Phys. St. Sol. (a), 114, 11 (1989).

[15] J.H. Baxter, M.F. Bocko, D.H. Douglass. Phys. Rev. A, 41, только область удвоения, а остальные колебательные (1990).

режимы, обнаруженные до облучения структуры, не [16] Ф. Мун. Хаотические колебания (М., Мир, 1990).

наблюдаются (рис. 5, d). Диаграмма режимов цепи со [17] Х.К. Альварес, Л.С. Берман, И.Н. Каримов. ФТП, 28, структурой на подложке (n+-n--p)-Si (рис. 5, e, f ) до (1994).

облучения содержала области периодических, квазипе[18] Э. Шелль. Самоорганизация в полупроводниках (М., риодических и хаотических колебаний. После облучения Мир, 1989).

на диаграмме режимов наблюдались области удвоения Редактор Т.А. Полянская периода и хаоса, как и на диаграмме режимов цепи с МДП структурой на однородной подложке (см. рис. 5, b).

Можно предположить, что упрощение топологии диа- The -irradiation influence on грамм режимов отражает изменения в МДП структуре characteristics of MIS structures with rare под действием облучения. Увеличивается число центров earth thin film oxide as an insulator рекомбинации (в диэлектрике — положительно заряженY.G. Fedorenko, L.A. Otavina, E.V. Ledeneva, ных центров), вследствие чего возрастает время накоA.M. Sverdlova пления носителей, и изменяются колебательные режимы при данной частоте и амплитуде внешнего воздействия.

Saratov State University, 410601 Saratov, Russia Выводы

Abstract

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.