ВЛИЯНИЯ УЛЬТРАЗВУКА НА РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОП СТРУКТУР

Кучкаров Б.Х., Мамаджанов Д.Н, Власов С.И.

Национальный Университет Узбекистана. НамГУ.

baron_3993@mail.ru

Структуры типа металл - диэлектрик - полупроводник (МДП) на основе кремния в настоящее время являются основой широкого класса полупроводниковых приборов и структурных элементов интегральных схем. При этом, характеристики границы раздела, полупроводник - диэлектрик, являясь наиболее чувствительными к внешним воздействиям, могут оказывать существенное влияние на параметры изготавливаемых приборов и структурных элементов [1,2]. Целью настоящей работы являлось исследование влияния ультразвукового воздействия на динамику процессов релаксации к равновесному состоянию трехслойной структуры, после приложения импульса инверсионного напряжения. Трехслойные структуры изготавливались путём нанесения стекла на
подложку Si, (n - типа проводимости), с кристаллографической ориентацией
<100>. Нанесение стекла осуществлялась при помощи электрофореза из
суспензии, содержащей мелкодисперсную шихту стекла (SiO2-PbO-В2О3-
Al2O2-Ta2O5) и изопропилиновый спирт, с последующим оплавлением при
температуре 670 - 680 градусов и отжигом в бескислородной атмосфере.
Толщина полученных слоев стекла составляла d = (2 ± 0,2)х10-4 см.
Управляющий электрод (на поверхности стекла) и омический контакт (на
тыльной поверхности пластин кремния) изготавливались при помощи
вакуумного осаждения алюминия. Диаметр управляющих электродов - 3 мм.
Изготовленные структуры подвергались облучению продольными
ультразвуковыми волнами частотой 2,5 мГц мощностью 0,5 Вт, в течении 40
минут, т.е. использовалось воздействие, аналогичное описанному в [3]. В
качестве основного метода исследования использовался метод

изотермической релаксации емкости структуры металл - диэлектрик -полупроводник в процессе увеличения заряда инверсионного слоя [4-6]. Согласно этому методу, изотермическая релаксация емкости структуры МДП, в безразмерных координатах, описывается при помощи следующего выражения

Здесь: - безразмерное время релаксации (t- мгновенное

значение времени релаксации емкости структуры; ; здесь

Nм, Nг, - концентрация мелкой и глубокой примеси в полупроводнике соответственно ; коэффициент теплового выброса электронов из

валентной зоны на глубокий энергетический уровень [90];

нормализованная толщина слоя объемного заряда полупроводника, равная отношению W(t)/WH; WH- начальная (в первый момент времени, после приложения импульса инверсионного напряжения) толщина слоя объемного заряда полупроводника; W(t)- значение толщины слоя объемного заряда полупроводника в данный момент времени; CH- начальное значение емкости структуры металл - стекло- полупроводник, С 0 - емкость слоя стекла, С(t) - значение емкости структуры в данный момент времени; (js - поверхностная составляющая генерационного тока, jv- начальное (в первый момент времени) значение объемной составляющей генерационного тока). В выражение (1) входит неизвестная величина, равная отношению объемных и поверхностных составляющих скорости формирования заряда инверсионного слоя. Для определения указанной величины, использовалось сравнение расчетных и экспериментально измеренных релаксационных зависимостей. При этом связь между расчетными и экспериментальными зависимостями релаксации емкости устанавливалась при помощи следующих соотношений:

На рис.1 приведены релаксационные
зависимости емкости, одной из исследованных нами структур, снятые в
темноте при температуре – 8 0С, после
переключения инверсионного напряжения от
8 до 20 В. Зависимость 1 - соответствует
контрольной структуре. Зависимость - 2
соответствует структуре подвергнутой
воздействию ультразвука. Из приведенных
зависимостей видно, что емкость контрольной структуры быстрее релаксирует к своему равновесному состоянию. В соответствии с существующими теориями, скорость формирования заряда инверсионного заряда определяется концентрацией генерационных центров, как в объеме полупроводника, так и плотностью состояний, локализованных на границе раздела полупроводник-диэлектрик. Для определения вклада, в процесс релаксации, поверхностных и объемных центров нами использовалась методика [5]. На рисунке 2 приведены расчетные (1-5) зависимости от , вычисленные в соответствии с [5], для значений по данным, приведенным на рисунке 1. Здесь же показаны экспериментальные (6,7) кривые релаксации (построенные в безразмерных координатах) для структур МСП, подвергнутых воздействию ультразвуком. Из сопоставления полученных зависимостей видно, что в структурах, подвергнутых
воздействию ультразвуком, поверхностная составляющая скорости
формирования заряда инверсионного

слоя меньше чем в
контрольных структурах, для которых
. На основании приведенных
результатов можно сделать следующий
вывод: ультразвуковая обработка
структур А1 - n - Si) - стекло - А1,
частотой 2,5 мГц мощностью 0,5 Вт, в
течении 40 минут приводит к
уменьшению скорости формирования
заряда инверсионного слоя. Это обусловлено уменьшением интег
ральной плотности электронных
состояний, локализованных на межфазной границераздела полупроводник-стекло. Указанные режимы ультразвукового воздейст-вия можно использовать при изготовлении полупроводниковых приборов со структурой МДП, для повышения их быстродействия.

Литература

1. Першенков В.С, Попов В.Д., Шальнов А.В. Поверхностные радиационные
эффекты в ИМС. - М; Энергоатомиздат, 1988. С 1 87.

2. Чистов Ю.С., Сыноров В.Ф.. Физика МДП-структур. Воронеж; ВГУ, 1986.
156.

3. Власов СИ., Овсянников А.В., Исмаилов Б.К. , Кучкаров Б.Х.

Влияние ультразвуковой обработки на скорость формирования заряда инверсионного слоя в структурах металл- стекло- полупроводник. Материалы международной научно-практической конференции. Структурная релаксация в твердых телах. Винница, 2012. С 234-236.

4. Зайнабидинов С.З., Власов СИ., Насиров А.А. Неравновесные процессы награнице раздела полупроводник-диэлектрик. - Ташкент, Университет. 1995. - С 113.

5. Абдурахманов К.П., Берман Л.С, Власов СИ., Котов Б.А. Исследование неконтролируемых глубоких центров в структурах металл-диэлектрик-полупроводник емкостным методом.ФТП. т. 13 вып.7. 1979г. стр. 1447-1450.