Автореферат (Зарядовые явления в диэлектрических пленках МДП-структур и элементов энергонезависимой памяти при сильнополевой инжекции электронов), страница 2

(Севастополь, 2011 - 2015 гг.); I и III - VIIIВсероссийских школах-семинарах студентов, аспирантов и молодых ученых понаправлению «Наноматериалы» и «Диагностика наноматериалов и наноструктур» (Рязань, 2008, 2010 – 2015 гг.); I - IV Всероссийских школах-семинарах студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Наноинженерия»(Москва, Калуга, 2008, 2009, 2010, 2011); Международной научно-технической4конференция «Нанотехнологии функциональных материалов» (Санкт-Петербург, 2010); 1 и 2 Всероссийских школах-семинарах студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической сети "Функциональные наноматериалы для космической техники" (Москва, 2010 г., 2011 г.); Всероссийских научно-технических конференциях «Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе» (Калуга, 2008 - 2015 гг.); 13 Европейскомвакуумном конгрессе EVC13 (Авейру, Португалия, 2014 г.); 9 Международнойконференции «Новые электрические и электронные технологии и их промышленное применение» NEET 2015 (Закопане, Польша, 2015).Личный вклад автора: разработан метод стрессовых и измерительныхуровней тока для исследования и модификации тонких диэлектрических пленок МДП-структур; проведены исследования МДП-структур с двухслойнымподзатворным диэлектриком SiO2-ФСС как в процессе сильнополевой туннельной инжекции электронов, так и при электронном облучении; предложенспособ повышения средней величины заряда, инжектированного в диэлектрикдо его пробоя, и уменьшения количества дефектных структур; выполнены аналитические и экспериментальные исследования энергетических распределений электронов, захватываемых в МДП-структурах на основе диэлектрических пленок SiO2-Hf0.8Al0.2Ox и SiO2-HfO2, а также в межзатворных диэлектрикахнаосновеалюминатагафнияитрёхслойногостекаHf0.8Al0.2Ox/Al2O3/ Hf0.8Al0.2Ox; проведена интерпретация экспериментальныхрезультатов, сформулированы положения, выносимые на защиту.Публикации.

По теме диссертации опубликовано 35 работ, из которых 9– в рецензируемых журналах перечня, рекомендованного ВАК МинобрнаукиРФ.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырехглав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем работы 158страниц, включая 50 рисунков. Список литературы содержит 130 наименований.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы цель и задачи исследований, определены научная новизна ипрактическая ценность полученных результатов, представлены основные положения, выносимые на защиту.В первой главе рассмотрены и проанализированы: механизмы возникновения инжекционного тока в сильных электрических полях; зарядовые явления, протекающие в тонких диэлектрических пленках МДП-структур при инжекции электронов; влияние диффузионного легирования пленки SiO2 фосфором на электрофизические характеристики стека SiO2-ФСС; особенности зарядовых явлений, возникающих в high-k диэлектриках и стеках SiO2-high-k диэлектрик; роль межзатворного диэлектрика в элементах энергонезависимойпамяти с гибридным плавающим затвором; электрофизические и фотоэлектрические методы исследования зарядовых явлений в тонких диэлектрическихпленках и на границах раздела МДП-структур.5Во второй главе описан разработанный в диссертационной работе методстрессовых и измерительных уровней тока для исследования и модификациитонких диэлектрических пленок МДП-структур, учитывающий процессы заряда емкости структуры и захвата заряда в подзатворном диэлектрикеМДП-структур в инжекционном режиме.

Описан метод всеобъемлющей спектроскопии фотоопустошением. Описаны установки для реализации методовстрессовых и измерительных уровней тока и всеобъемлющей спектроскопиифотоопустошением.Предложен новый метод стрессовых и измерительных уровней тока. В отличие от стандартных методов исследования подзатворного диэлектрика, таких как метод постоянного тока и метод возрастающего тока (J-Ramp), в разработанном методе к МДП-структуре прикладывается ток, изменяемый поспециальному алгоритму, а характеристики диэлектрика контролируются поанализу временной зависимости напряжения, падающего на образце.

При этомучитываются процессы заряда и разряда емкости МДП-структуры, а также захвата заряда в подзатворном диэлектрике. Учет процессов заряда емкостиМДП-структуры и захвата заряда в подзатворном диэлектрике МДП-структурв инжекционном режиме дает возможность существенно повысить метрологические характеристики метода и уменьшить погрешности, возникающие приопределении характеристик МДП-структур.Разработана модель, описывающая изменение зарядового состоянияМДП-структур как в режиме заряда емкости, так и в режиме инжекции носителей заряда.

Использование этой модели позволяет выбрать оптимальный алгоритм токового воздействия и повысить точность измерений. В основе разработанной модели лежит следующая система уравнений: уравнение нейтральности заряда:Q0  t   QC  t   Qinj  t   Qt  t  ;(1) уравнение для заряда, обусловленного приложением к МДП-структуремногоуровневой токовой нагрузки:tn0j 1Q0  t    i0  t dt   I 0 j  t j ;(2) уравнение заряда емкости МДП-структуры:QC  t   C  t VI (t ) ;(3) уравнение для заряда, инжектированного в диэлектрик:tQinj  t    iinj (t )dt ;(4)0 уравнение для инжекционного тока Фаулера-Нордгейма:VI2  t d FNiinj  t   ASg 2 exp   B ox  ,d ox VI  t  (5)где Qt  t  – заряд, захватываемый на ловушках в окисле; I 0 j – амплитуда прикладываемого к МДП-структуре тока на j-ом участке; t j – длительность6j-ого участка; C  t  – временная зависимость емкости МДП-структуры (в ре-жиме аккумуляции C  t   Cox ); VI (t ) – временная зависимость напряжения,падающего на МДП-структуре; Sg – площадь затвора МДП-структуры; d ox –толщина подзатворного диэлектрика; t – время;A  1,54  106  m0 / m * b1[A/B2] и B  6,83  107  m0 / m * 3/2b [B/см] – постоянные туннельной инжекции;m0 и m * – масса электрона в вакууме и эффективная масса электрона в диэлектрике соответственно; b – высота потенциального барьера на инжектирующей границе раздела.Для изучения процессов изменения зарядового состояния МДП-структурпри сильнополевой инжекции электронов предлагается использовать алгоритм испытаний, показанный на Рис.

1. На Рис. 1 представлены временныезависимости токовой нагрузки (a) и напряжения на МДП-структуре (b). В этомалгоритме используются два уровня токового воздействия: I s , соответствующий стрессовому режиму, при котором изучается изменение зарядового состояния МДП-структуры, и I m , соответствующий измерительному режиму,при котором не наблюдается заметных изменений зарядового состояния подзатворного диэлектрика (обычно I m  I s ). Использование противоположнойполярности токовых воздействий в измерительном режиме, т.е.  I m , дает возможность определить плотность, сечение захвата зарядовых ловушек и положение центроида заряда в диэлектрике.

Инжекцию заряда в подзатворный диэлектрик в стрессовом режиме предлагается проводить частями (участки 3, 7,11). После инжекции каждой части заряда токовая нагрузка переключается врежимы I m и  I m , что позволяет измерить изменение напряжения наМДП-структуре как при положительной, так и при отрицательной полярностизатвора при измерительной амплитуде инжекционного тока.При больших плотностях инжекционного тока возрастает скорость изменения зарядового состояния подзатворного диэлектрика при выходеМДП-структуры на режим инжекции, соответствующий заданному стрессовому току I s , в результате чего при установлении стационарного инжекционного режима в подзатворном диэлектрике может произойти накопление некоторой части заряда. Вследствие этого временная зависимость Vs  t  на участке3 (Рис.

1) не учитывает этот заряд, что может приводить к существенным погрешностям при оценке изменения зарядового состояния МДП-структур.Измерение изменения напряжения на МДП-структуре при токе I m позволяет учесть заряд, накапливаемый в подзатворном диэлектрике при выходеМДП-структуры на режим инжекции, соответствующий стрессовому току и,тем самым, значительно снизить погрешность, присущую методу постоянноготока. Предложенный способ получения C-V и I-V характеристик в рамках одного метода позволяет контролировать параметры зарядовой деградации сразупосле туннельной инжекции, снизив влияние релаксационных процессов.7Рис.