Физика полупроводников
Далиев Х.С., кандидат физико-математических наук, доцент, начальник отдела магистратуры Научно-исследовательского института прикладной физики Национального университета Узбекистана им. Мирзо Улугбека
ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСИ ГАДОЛИНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЕМНИЕВЫХ
МДП-СТРУКТУР
Резюме
С помощью методов CC-DLTS и высокочастотных вольт-фарадных характеристик исследовано влияние примеси гадолиния на электрофизические свойства кремниевых МДП-структур. Показано, что присутствие электронейтральной примеси гадолиния в кремниевой подложке МДП-структур приводит к уменьшению величины плотности поверхностных состояний МДП-структур, но заметного изменения в распределении Nss по Eg не наблюдается.
Summary
By means of methods CC-DLTS and high-frequency volt-farads of characteristics is investigated the influence of impurity of gadolinium on electro-physical properties of silicon structures of METAL-DIELECTRIC SEMICONDUCTOR . It is shown that presence of an electroneutral impurity of gadoliniumin a silicon substrate of M-DS-STRUCTURES leads to reduction of size of density of superficial conditions М-DS- structures, but appreciable change in distribution Nss on Eg is not observed. PACS: 81.05.-t, 71.55.-i
Известно, что примеси редкоземельных элементов (РЗЭ), введенные в кремний из расплава при выращивании, обладая высокой химической активностью и склонностью к ком-плексообразованию, присутствуют в кремнии в электрически неактивном состоянии, но в то же время они оказывают существенное влияние на рабочие характеристики полупроводниковых приборов [1—2]. Ввиду сложного характера взаимодействия между примесными частицами и дефектами структуры полупроводника, влиянием гетерогенности строения МДП-структуры на перераспределение примесей, неясен механизм физических явлений в многослойных структурах с примесями РЗЭ [3].
Поэтому данная работа посвящена исследованию влияния одной из примесей РЗЭ — гадолиния на электрофизические свойства кремниевых МДП-структур.
Легирование кремния гадолинием осуществлялось в процессе выращивания из расплава. После легирования гадолинием на пластинках кремния с ориентацией <100> и удельным сопротивлением 15 Ом.см., выращивался термическим способом слой двуокиси кремния толщиной 650—700 А при 900°С в атмосфере влажного кислорода с добавлением трихлорэти-лена. Металлические электроды на SiO2 площадью А = 0.03 см2 и толщиной 7000 А, создавались термическим напылением алюминия.
Для изучения влияния атомов гадолиния на свойства объема или границы раздела Si-SiO2, нами проводились комплексные исследования с помощью CC-DLTS и высокочастотных вольт-фарадных характеристик (ВФХ) [4]. Концентрация возможных глубоких уровней в объеме кремния измерялась методом СС-DLTS на барьерах Шоттки, изготовленных на кремнии, после стравливания слоя SiO2. Эти измерения показали, что после легирования гадолинием в запрещенной зоне кремниевой подложки не образуются какие-либо глубокие
уровни, хотя по данным нейтронно-активационного анализа полная концентрация атомов гадолиния составляла (2^6)-1017см3.
Проведенные измерения показали, что вольт-фарадные характеристики МДП-структур на основе кремния, легированного гадолинием (рис.1а, кривая 2), сдвинуты в сторону положительных смещений по сравнению с контрольными образцами (рис.1а, кривая 1). Это свидетельствует о том что, введение гадолиния в кремний приводит к уменьшению плотности поверхностных состояний МДП-структур.
Измерения спектров СС-DLTS в МДП-структурах на основе Si<Gd> (рис.1Ь, кривая 2). и контрольных МДП-структурах (без примеси Gd) (рис.1Ь, кривая 1). показали, что наблюдается уменьшение амплитуды сигнала СС-DLTS, что свидетельствует об уменьшении величины ППС (рисунок). Отметим, что спектры СС-DLTS легированных и контрольных МДП-структур измерены при такой емкости обеднения, что квазиуровень Ферми для электронов на поверхности кремния EFS находится примерно в середине запрещенной зоны кремния и импульсе заполнения Uf=10B при длительности 1^1мс, временах задержки t1=10 мс, t2=20 мс. Максимум при Т=290К связан с перезарядкой поверхностных состояний неосновными носителями тока, наблюдавшийся нами ранее [4]. При этом на спектрах каких-либо дополнительных пиков в заметной концентрации не обнаружено.
Измерения распределения плотности поверхностных состояний Nss по ширине запрещенной зоны Её полупроводника кремниевых МДП-структур с примесью гадолиния и без него, показали что спектр распределения зависимости Nss(Eg) имеет типичный U-образный характер. Анализ полученных данных показал, что наличие гадолиния в подложке не приводит к заметным изменениям распределения Nss по Eg и образованию каких-либо явно выраженных пиков.
Таким образом, присутствие электронейтральной примеси гадолиния в кремниевой подложке МДП-структур приводит к уменьшению величины плотности поверхностных состояний МДП-структур, но заметного изменения в распределении Nss по Eg не наблюдается.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фистуль В.И. Атомы легирующих примесей в полупроводниках. — М., Физматлит, 2004 г., 432 с.
2. Глазов В.М., Потемкин А.Я., Тимошина Г.Г., Михайлова М.С. // ФТП, 1997. т. 31. в. 9. С.1025.
3. Румак Н.В. Система кремний-двуокись кремния в МОП-структурах.— Минск, Наука и техника, 1986, 240 с.
4. ДалиевХ.С., Лебедев А.А., Экке В. // ФТП, 1987, т. 21, в. 1. С. 23.
С, пФ
А1_Г ц отн. сд,
Рис.1. Высокочастотные ВФХ (a) и спектры CC-DLTS (b) МДП-структур на основе кремния с гадолинием (2) и контрольных МДП-структур (1)
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.