WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

диодах слабая зависимость тока канала от температуры, Таким образом, при импульсном увеличении напряа также перемена знака температурного коэффициента жения канал утечки вначале экранирует область истока проводимости канала у части диодов свидетельствуют о от проникновения поля, но растекание тока подавляется малости надбарьерных токов и подтверждают сделанный увеличением поля у истока и сужением канала, и после вывод о влиянии поперечного поля на проводимость скачка тока следует медленный спад. Очевидно, что канала. эти соображения применимы и для несимметричного Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1436 Н.И. Бочкарева, А.В. Клочков поверхностного канала утечки на открытой поверхности. (Ugd), что сопровождается изменением проводимости Выброс поверхностного тока, связанный с растеканием с характерными временами канала в области истока тока и последующим сужением канала, должен также ms = Cs/gms и в области стока md = Cd/gmd [15,17].

наблюдаться и в том случае, когда плотность поверхност- Влияние на ток как расширения канала у стока, так ного заряда недостаточна для образования обогащенного и связанного с ним сужения канала у истока можно слоя, но ширина обедненной области на поверхности отобразить с помощью эквивалентных генераторов тока меньше, чем в объеме, и в начальный момент после gmsugs и gmdugd с противоположными фазами (рис. 5, b).

переключения напряжения на поверхности развиваются При мгновенном увеличении напряжения (U Ui) в начальной стадии релаксации Ud > Us, величина Ud условия для поверхностного пробоя, обусловленного уменьшается при растекании тока, так что ud U-Ud(t).

ударной ионизацией или туннелированием.

Так как gms (Us)1/2 и gmd (Ud)1/2 [15], то В соответствии с изложенными выше соображениями, gmsugs gmdugd. Учитывая, что (rs + rc)-1 gs, можно канал можно условно разделить по длине на три области записать уравнение для приращения тока канала if в виде (рис. 5, a):

область истока длиной Ls(U), проводимостью ud gs(Ugs, Us) = Is/Us (gs 1/rs) и крутизной if =udgs =gmd(ugd - ud) - C - udgd. (1) t gms(Ugs, Us) =Is/Ugs;

область стока длиной Ld(U), проводимостью Так как величины gs,d и gms,md зависят от ud, релаксация gd(Ugd, Ud) = Id/Ud, (gd 1/rd) и крутизной тока неэкспоненциальна. Принимая rs = r0 и gmd = gm gmd(Ugd, Ud) =Id/Ugd;

(gm — максимальное значение gmd), получаем из (1) для приконтактную область длиной Lc(U) и проводимо- начальной стадии релаксации стью gc(Uc), (gc 1/rc), gmU t обозначив падения напряжения на этих областях соотif = 1 - exp -, (2) 1 + gmr0 f ветственно, Us, Ud, Uc (Us + Ud + Uc = U), а токи — Is и Id (в канале Is = Id = I) и приняв потенциал r0C внутреннего затвора равным Ugs = Ug(Lc) для области f =. (3) 1 + gmrистока и Ugd = Ug(Ls) для области стока. Обозначив При растекании тока крутизна gmd уменьшается, а приращения потенциалов после переключения напряжеgms увеличивается. Рост тока сменяется спадом, когда ния U0 U0 + U для областей истока и стока равными gmsugs > gmdugd. Канал сужается у стока и Ud растет, Us us, Ud ud, Ugs ugs, Ugd ugd, можно а напряжение на области истока Us уменьшается, и в написать для приращения тока канала в установившемся области истока канал расширяется. Приращение тока режиме i = gsus + gmsugs = gdud + gmdugd.

канала is = imax - i(t) можно записать в виде Приближенную эквивалентную схему канала можно изобразить в виде RC-цепи, представленной на рис. 5, b, is = gms(ugs - isrc) - (ud + isrc)gs.

где Cs и Cd — емкости области истока и стока соответственно. При rd < rs переходные процессы в такой Учитывая, что gmsrs = µ, где µ =U/Ugs — коэффицепи после подачи ступеньки напряжения аналогичны циент усиления по напряжению, и µugs U, получим процессам в апериодическом RLC-контуре с потерями.

U-ud ud Приращение тока имеет характер выброса и быстрое is = = C. (4) нарастание тока сменяется медленным спадом до стаrs(1 +gmsrc) t ционарной величины i. Переходная характеристика в Спад тока, как и нарастание, неэкспоненциален. Для случае упрощенной аппроксимации, учитывающей лишь начальной стадии спада, принимая rs = rsm и rc r0, пассивные элементы RC-цепи, описывается разностью а также учитывая, что gms(U) gm, получаем для тока is двух экспонент и приращение тока t is = i +(imax - i) exp -, (5) s t t i(t) - i is0 exp - - id0 exp -, s0 f s = rsmC(1 + gmr0). (6) где f 0 rcC при C = Cs + Cd — постоянная времени = Таким образом, из (2)–(3) следует, что увеличение быстрой стадии релаксации; s0 rdC — постоянная = эффективного потенциала внутреннего затвора при наравремени медленной стадии, is0 и id0 — предэкспоненци- стании тока подавляет его рост. В результате уменьшаетальные множители [16].

ся и время нарастания тока. Растекание тока сопровождаОценим влияние внутренней отрицательной обратной ется увеличением сопротивления rs. При последующем связи в канале на характерные времена нарастания и спаде тока одновременно уменьшаются и Us, и rs, что спада тока, учитывая, что перераспределение поля при компенсирует спад тока. В результате, как следует из протекании тока изменяет и эффективные потенциа- (5)–(6), ток спадает медленнее, чем в отсутствие вну лы внутренних затворов области истока (Ugs) и стока тренней обратной связи. Вместе с тем из соотношения Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Кинетика экранирования электрического поля в области объемного заряда с каналом утечки... (2) видно, что чем больше проводимость истока gc и, зависят от крутизны канала, а не от проводимости канала значит, больше начальный ток if, тем больше увеличи- утечки на постоянном напряжении. Это объясняет тот вается сопротивление rs в начальной стадии релаксации экспериментальный факт, что в диодах, отличающихся (rs imax gc) и тем медленнее спадет ток. на порядки током утечки, наблюдаются одинаковые темЭтот результат соответствует общим свойствам усили- пературные скачки емкости и релаксационные спектры.

теля с отрицательной обратной связью: увеличение глу- В. Природа центров, ответственных за немобины отрицательной обратной связи расширяет полосу нотонный характер поверхностной проводимости.

пропускания и в сторону верхних, и в сторону нижних Как видно из рис. 3, температурная зависимость модуля частот. Глубина отрицательной обратной связи равна комплексной проводимости | | = (G2 + B2)1/2 имеет 1+µ0(), где µ0() — коэффициент усиления в отсут- ступенчатый характер и свидетельствует о росте поверхностной проводимости при охлаждении в области темпествие обратной связи, — коэффициент обратной связи.

Для канала = 1, µ0 gmr0. Уменьшение коэффици- ратур T < 160 K. На рис. 3 приведены также результаты измерения проводимости на квадрат поверхности G (T ) ента усиления из-за действия внутренней отрицательной обратной связи приводит (в силу постоянства произве- в образцах с омическими контактами, созданными на поверхности пластины n-Si с ОДУ. Из рисунка видна дения коэффициента усиления на полосу пропусания), к корреляция между температурным ходом G(T ) и G (T ).

уменьшению характерного времени нарастания тока f Вработе[9] аналогичные особенности температурного в 1 + µ0 =(1 + gmr0) раз и к увеличению характерного хода G(T ) в Si и Ge [8] связывались с изменением времени медленного спада плоской вершины импульса поверхностной плотности свободных электронов с темs в 1 + µ0 =(1 +gmr0) раз, что и соответствует (3) пературой ns(T ). Роль донорных поверхностных состои (6).

Наблюдаемая корреляция между температурным хо- яний могут выполнять комплексы, включающие трехко ординированные атомы кислорода, донорная активность дом G(T ) и C(T ) свидетельствует о том, что f = которых обусловлена орбиталями неподеленных пар [18].

( = 2 f, f = 160 кГц). Отсюда можно получить Такие комплексы могут быть кислородными [19] подобно в качестве оценки масштаба времени быстрой стадии кислородным термодонорам [20], могут включать атом перезарядки емкости канала величину f 10-6 с.

водорода [18] или молекулы адсорбированной воды [21].

Оценим время медленной стадии релаксации. Учитывая, Общие закономерности в температурном ходе зависичто gm gc и gc a0, gs as, получаем = мостей ns(T ) в Si и Ge можно понять, если учесть a0 G свойство кислород- и водородсодержащих центров обраgmr0.

зовывать ряд комплексов, перестраивающих свою конas G фигурацию при низких температурах. Подтверждением Приняв G/G 102 и rsm 106-107 Ом, получаем из (3) этого вывода явлется близость температур, при котои (6) в качестве верхней оценки s 106 f 1с. Из (2) рых наблюдаются пики в релаксационных спектрах и следует, что при gmr0 > 1 приращение тока составляет перегибы на кривых G(T ), к известным температурам if = Ugc и величина тока канала отражает проводимость размораживания вращательной подвижности адсорбциистока. Отсюда следует, что немонотонный характер онных комплексов, содержащих атомы кислорода [19] температурной зависимости G(T ) отражает немонотон- и молекулы воды [21–22], а также дефектов в кристалный характер изменения поверхностной проводимости с лах с водородными связами [23]. Это позволяет святемпературой.

зать немонотонность зависимостей ns(T ) с изменением При воздействии зондирующего сигнала после пе- электроотрицательности комплексов при перестройке их реключения напряжения U индуктивный ток вначале конфигурации в районе ”собственных” температур. Рост быстро (за t f ) возрастает из-за расширения канала, ns при охлаждении может быть связан с ”замерзанием” при этом измеряемая емкость C = Cg - B/ и C < Cg.

комплекса и закреплением его на оборванной связи Si, а По мере медленного (за время t s) роста активной уменьшение ns — с перестройкой дефекта в более энерпроводимости канала индуктивная проводимость канала гетически выгодную конфигурацию с малой энергией уменьшается, при этом измеряемая емкость медленно связи. В водородсодержащих комплексах эта перестройувеличивается, с чем и связано формирование пиков ка связывается с туннелированием протона вдоль слабой в релаксационных спектрах. Таким образом, характер водородной связи с соседним атомом кислорода [23] и релаксации измеряемой емкости в результате влияния с образованием слабо электроотрицательных радикалов размерных эффектов на длине Дебая в канале утечки гидроксила по обратимой реакции H2O + O 2OH [22].

аналогичен характеру релаксации барьерной емкости Релаксационные пики при T > 150 K в спектрах образпри перезарядке глубоких уровней, обычно считающийся цов, окисленных в сухом кислороде (рис. 4, кривая 1), единственной причиной формирования релаксационных могут быть обусловлены комплексами, включающими спектров при измерениях нестационарной емкости. атомы кислорода и молекулы воды [21,9]. Малые амПодчеркнем, что реактивный ток канала, а значит, и плитуды этих пиков в спектрах при хлорном окислении измеренная емкость, определяются модуляцией ширины (рис. 4, кривая 2) можно связать с меньшим количеканала зондирующим и обедняющим напряжениями и ством разорванных связей [15], а их рост при старении Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1438 Н.И. Бочкарева, А.В. Клочков (кривая 3), сопровождающийся уменьшением ns — с [11] Ю.М. Байков, С.Е. Никитин, Ю.П. Степанов, В.М. Егоров.

ФТТ, 39, 823 (1997).

образованием комплексов SiOH с прочной химической [12] J. Kaniewski, M. Kaniewska, A.R. Peaker. Appl Phys. Lett., связью, ростом непассивированных разорванных связей 60, 359 (1992).

Si и образованием стабильных комплексов. Отметим, что [13] J.L. Morenza, D. Esteve. Solid St. Electron., 21, 739, (1978).

с этой моделью хорошо согласуются немонотонные тем[14] J. Nishizawa, T. Terasaki, J. Shibata. JEEE Trans. Electron.

пературные зависимости плотности оборванных связей Dev., ED-22, 185 (1975).

кремния и кислорода в SiO2 и на интерфейсе Si–SiO2 при [15] А. Блихер. Физика биполярных и полевых транзистопострадиационном отжиге в области 77-300 K, наблюров. (Л., Энергоатомиздат, 1986).

давшиеся в [24] методом электронного парамагнитного [16] М.И. Конторович. Операционное исчисление и процессы резонанса и связывавшиеся с присутствием в окисле в электрических цепях (М., Сов. радио, 1975).

[17] С.М. Зи. Физика полупроводниковых приборов (М., Мир, гидридных и гидроксильных групп. Характер осцилляций 1984).

плотности этих дефектов с отжигом и сопутствующее [18] G. Lucovsky. Proc. of the 23rd Int. Conf. on the Physics of изменение встроенного заряда в SiO2 [24] соответствуют Semicond. (Berlin, Germany, 1996) v. 2, p. 907.

характеру изменения амплитуд пиков релаксационных [19] A. Spitzer, H. Luth. Surface Sci., 118, 121 (1982).

спектров при старении образцов с ОДУ, что может быть [20] В.Д. Ткачев, Л.Ф. Макаренко, В.П. Маркевич, Л.И. Мурин.

связано с образованием и перестройкой комплексов с ФТП, 18, 526 (1984).

водородной связью при отжиге.

[21] P.A. Thiel, T.E. Madey. Surf. Sci. Rep., 7, 211 (1987).

5. Таким образом, на кинетику экранирования электри- [22] A.B. Anderson. Surface Sci., 105, 159 (1981).

[23] М.П. Тонконогов. УФН, 168, 29 (1998).

ческого поля в барьерной структуре с каналом утечки [24] D.L. Gricom. J. Appl. Phys., 58, 2524 (1985).

оказывает влияние растекание тока и отрицательная обратная связь в канале. Амплитуда и время нарастания Редактор Т.А. Полянская токового импульса ограничиваются накоплением объемного заряда у истока, вызванным растеканием тока и Kinetics of electric field screening in уменьшением объемного заряда у стока. Спад тока и a space–charge region with leakage накопление объемного заряда у стока замедляются из-за channel and low–temperature surface рассасывания объемного заряда у истока. Высокочастотchannel conductivity in a high-resistivity ный ток канала может иметь как емкостный, так и индукn-Si тивный характер и вносит вклад в величину измеренной емкости барьерной структуры. Медленная релаксация N.I. Bochkareva, A.V. Klochkov поверхностного тока утечки барьеров Шоттки на n-Si A.F. Ioffe Physicotecnical Institute, с ОДУ проявляется в релаксационных спектрах, отраRussian Academy of Sciences, жающих немонотонную температурную зависимость по194021 St. Petersburg, Russia верхностной проводимости, предположительно обусловленную кислород- и водородсодержащими донорными

Abstract

The kinetics of electric field screening in центрами.

a space–charge region with leakage channel is considered Авторы благодарны участникам научного семинара лаon the basis of the experimental study of surface channel боратории Неравновесных процессов в полупроводниках conductivity in Si. The characteristic times for the fast and slow ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН за обсуждение работы.

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.