МДП-структура и ультразвук

Структуры типа металл - диэлектрик - полупроводник (МДП) на основе кремния в настоящее время являются основой полупроводникового прибора широкого класса и структурированным элементом интегральных схем. При этом особенности границы раздела «полупроводник -диэлектрик», являясь наиболее чувствительными к внешнему воздействию, могут оказывать существенное влияние на параметры, вносимые прибором и структурированным элементом [1]. Исследования влияния на параметры границ разреза такого влияния, как термическая обработка и ионизирующее облучение, обозначены достаточно много работ [2-5]. Что касается воздействий ультразвукового воздействия, то широкое толкование имеет то, что имеющихся данных не достаточно. Так, в работе [6,9] показано, что ультразвуковое воздействие может привести как к уменьшению, так и к увеличению заряда, локализованного на участке межфазной границы SiO2 -p-Si. В работе [8] показано, что ультразвуковое облучение приводит к перестройке напряженных валентных связей на скрывающей границе сечения полупроводник-стекло, с одновременным увеличением сечения захвата локализованного электрона на них. Свинцово-боросиликатные стекла лишены этих недостатков. Целью настоящей работы было изучение влияния ультразвукового воздействия на величину заряда прокатки, доступного в составе свинец - бор - силикатное стекло.

Тестовые структуры были изготовлены путем нанесения стекла на подложку из проводимости Si, n-типа, с кристаллографической ориентацией <100>. Стекло наносили электрофорезом из суспензии, содержащей мелкодисперсную стеклянную партию (SiO 2 -PbO-B 2 O 3 -Al 2 O 3 -Ta 2 O 5 ) и изопропиловый спирт, с последующим оплавлением при температуре 670680 градусов по Цельсию и отжигом в кислороде. свободная атмосфера. Толщина полученных слоев стекла составляла d=(2 ± 0,2)×10^–4 см. Массовое содержание оксидов, входящих в состав стекла, составляло: SiO 2 - 30%; PbO-50%; B 2 O 3 -15%. Исследованные стекла также содержали оксиды алюминия и тантала с массовой долей 5% и оксиды щелочных металлов Na 2 O и Na 2 O, массовые доли которых не превышали 0,01%.

МДП-структуры были изготовлены методом вакуумного напыления алюминия на поверхность стеклянного слоя. Диаметр контрольных электродов составляет 3 мм. Структуры подвергались облучению продольными ультразвуковыми волнами на частоте 2,5 мГц мощностью 0,5 Вт в течение 40 минут, т.е. использовался эффект, аналогичный описанному в [8] . Акустическая линия между пьезоэлектрическим преобразователем и исследуемой структурой представляла собой жидкость.

В качестве основного метода исследования использовался метод изотермической релаксации емкости структуры металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) в процессе увеличения заряда инверсионного. В соответствии с общепринятой моделью структуры МДП, зависимость емкости этой структуры от времени после импульсного увеличения приложенного напряжения (без учета влияния формирующего заряда инверсионного слоя) может быть выражена следующим соотношением:

C(t) = gg 0^KC D (1)

К + x(t)C

Здесь: K - площадь управляющего электрода, C D - емкость диэлектрического слоя, ε - диэлектрическая проницаемость полупроводника, ε 0 - электрическая постоянная, а x(t) - зависимость от времени ширина области пространственного заряда (ОПЗ) полупроводника. Значение C D -определяется высокочастотной вольт-амперной характеристикой. Величина C(t) может быть найдена для каждого момента t из экспериментальной характеристики релаксации структуры МДП, используя выражения (1) и (2):

(  . S Y Y A Y S x = I x +— lexpl--1 I--

I 0 A J Я N J A

Здесь: x - толщина слоя пространственного заряда полупроводника МДП-структуры; х 0 - начальная толщина этого слоя; А - скорость генерации носителей заряда в объеме полупроводников; S - скорость генерации поверхности заряда 0063 носителей; N - концентрация легирующей примеси.

Полученная расчетная зависимость ширины ОПЗ от времени может быть использована для определения значений скорости поверхностной и объемной генерации носителей заряда по сравнению с экспериментальной зависимостью.

Для изучения энергетического спектра объемных состояний, локализованных в кремнии, использовалась методика идентификации, для которой были изготовлены диоды Au-n-Si типа Шоттки химическим удалением слоя стекла и вакуумным осаждением Au.

Определено изменение скорости генерации поверхности с использованием формул (1) и (2), показанное на рис.5, тогда как в структурах МДП поверхностные генерируемые скорости в ультразвуковых волнах относительно малы по сравнению с испытательный образец, а время перехода к поверхностному генератору значительно сглаживается.

2  4   6   8  10 12 14 16 18 20 22 24

t sec

Рис. 5. Зависимость скорости генерации поверхности от времени s (t).

Разделение кристаллов по содержанию стекла может привести к уменьшению ширины и числа граничных фаз, а также к уменьшению скорости внешнего генерации. Чтобы исследовать эту гипотезу, слой Al, который выполняет обслуживание химического электрода от МДП, был удален, и поверхностные слои антихолических паров удалены. Затем была получена микрофлора поверхности стекла.

Вывод

Исходя из этих результатов, при воздействии на частоте 2,5 МГц мощностью 0,5 Вт в течение 40 минут на структуры Al-n-Si-стекло-Al приводит к снижению интегральной плотности локализованных электронных состояний на граница раздела фаз полупроводник - стекло и

поверхностное электронное состояние полупроводника не влияют на энергетический спектр, а скорость генерации поверхности уменьшается.