Диссертация (1025135), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Микроконтроллер, используя различные интерфейсы, такие как I2C, SPI и др., управ-67ляет периферийными устройствами (ЖК-индикатор, АЦП, ЦАП, интегральныйтаймер, реле, кнопки и светодиодные индикаторы).Источник нагрузки формирует импульс тока или напряжения соответствующей амплитуды с возможностью её плавного изменения. Модуль источника нагрузки защищен от воздействия внешних электрических полей при помощи металлического экрана.2.4.2.Установкадляреализацииметодавсеобъемлющейспектроскопии фотоопустошениемУстановка, реализующая метод всеобъемлющей спектроскопии фотоопустошением (Рис. 2.7), функционирует следующим образом: на компьютере, работающем под управлением операционной системы MS Windows, установленпрограммный пакет NI LabVIEW.
В LabVIEW создана специальная управляющая внешними электронными блоками, а также помогающая осуществлять измерения программа для проведения эксперимента.В персональном компьютере через шину PCI подключены две платы(TR. 1 и TR. 3) для реализации управления внешней периферией и обработкиполучаемых данных.Первая из этих плат, NI PCI-GPIB 488.1 (TR. 1), по шине IEEE 488.1(TR. 2) подключена к источнику монохроматического излучения (монохроматор) Newport 74100 и при проведении эксперимента фотоопустошения по шинеотправляются управляющие команды для монохроматора (TR.
2) (время облучения той или иной световой волной определённой длины, открытие/закрытиезаслонки и др.). В свою очередь источник монохроматического излучения спомощью оптического волновода (TR. 9) соединён с контактирующим устройством (свет от монохроматора падает на поверхность исследуемого образца).Вторая плата, NI PCI-6221 (TR. 3), по специализированной шине NationalInstruments (NI Bus, TR. 4) соединена с блоком коммутации I/O Connector BlockNI SCC-68. Далее от блока коммутации сигнал развёртки подаётся на разъёмы68измерителя ёмкости Boonton 72B (TR. 6), с которого, в свою очередь, сигналразвёртки подаётся на исследуемый образец (TR.
7, TR. 10) для измерениявольт-фарадной характеристики (C-V характеристики). Текущее значение ёмкости исследуемого образца измеряется Boonton 72B и через аналоговый выход(Analog Output Terminals) подаётся на коммутирующий блок NI SCC-68 (TR.
5)и далее по шине NI Bus (TR. 4) сигнал подаётся для обработки в ПК через плату NI PCI-6221 (TR. 3).Рис. 2.7.Структурная схема установки, реализующей методвсеобъемлющей спектроскопии фотоопустошением69Для введения в исследуемый образец электрического заряда (процесс изменения зарядового состояния образца) необходимо к входным разъёмам BiasTerminal измерителя ёмкости вместо коммутационного блока NI SCC-68 подключить электрометр Keithley 617 (TR.
8). Вся остальная часть измерительнойустановки остаётся прежней. После проведения процесса заряжения образцанеобходимо вернуть измерительную установку в исходное состояние (TR. 6).Выводы к Главе 21. Для исследования тонких диэлектрических пленок МДП-структур предложен новый метод стрессовых и измерительных уровней тока. Отличительнойособенностью предложенного метода является учет процессов заряда емкостиМДП-структуры и захвата заряда в подзатворном диэлектрике МДП-структур винжекционном режиме, что дает возможность существенно повысить метрологические характеристики метода и уменьшить погрешности, возникающие приопределении характеристик МДП-структур.2. Разработаны модели, описывающие изменение зарядового состоянияМДП-структур как в режиме заряда емкости, так и в режиме инжекции носителей заряда.
Использование этих моделей позволяет выбрать оптимальный алгоритм токового воздействия и повысить точность измерений.3. Разработан метод всеобъемлющей спектроскопии фотоопустошением,основанный на получении информации о типе зарядовых ловушек в диэлектрическом слое (электронные или дырочные), их плотности, энергетическойглубине их залегания посредством инжектирования заряда в исследуемую диэлектрическую плёнку и последующего облучения фотонами с дискретнымизначениями энергии в заданном диапазоне, ограниченном, как правило, шириной запрещённой зоны изучаемого диэлектрического слоя.
Полученные параметры характеризует такие свойства, как надёжность и стабильность характеристик исследуемого образца.704. Предложены методы модификации электрофизических характеристикМДП-структур путём сильнополевой туннельной инжекции электронов в подзатворный диэлектрик и радиационной обработки кристаллов.5. Разработаны экспериментальные установки для реализации методастрессовых и измерительных уровней тока и метода всеобъемлющей спектроскопии фотоопустошением.71Глава 3. Исследование и модификация тонких диэлектрических пленокМДП-структур3.1.МодификацияМДП-структурэлектроннымоблучениемисильнополевой инжекцией электроновВ данном разделе рассмотрена возможность модификации МДП-структурc пленкой SiO2-ФСС путём сильнополевой туннельной инжекции электронов вподзатворный диэлектрик и путем облучения структур низкоэнергетичнымиэлектронами, а также проведено исследование влияния режимов сильнополевой инжекционной обработки на характеристики МДП-структур.В качестве экспериментальных образцов использовались тестовые МДПконденсаторы (а также МДП-транзисторы) на основе термической пленки SiO2и пленки SiO2-ФСС, изготовленные на кремнии n-типа.
Диоксид кремния толщиной 7 50 нм получали термическим окислением кремния в атмосфере кислорода при температуре 850 1000 С. Пленку ФСС толщиной 3 15 нм формировали диффузией фосфора из газовой фазы путем пиролиза смеси POCl3-O2при температуре 900 С. С целью получения экспериментальных образцов сразличной толщиной ФСС время загонки фосфора варьировалось в пределах1,5 6 мин.
Затем для окончательного формирования пленки ФСС в течении15 минут пластины отжигались в атмосфере азота при температуре 1000С. Вкачестве затвора использовались плёнки поликремния (Si*), легированныефосфором, а также пленки алюминия, площадью 10-4 10-2 см2.Толщина плёнки ФСС измерялась методом химического травления в селективном травителе (азотная кислота – 31 мл, фтористоводородная кислота –46 мл, вода деионизованная – 923 мл). Толщина плёнки ФСС определялась какразность толщин диэлектрической плёнки (измеренной элипсометрическим методом) до и после травления [22].72Для инжекционной модификации МДП-структур использовалась сильнополеваятуннельнаяинжекцияэлектроновизкремниевойподложки [15, 65, 86, 87] в режиме протекания постоянного инжекционноготока плотностью от 0.1 мкА/см2 до 10 мА/см2 в диапазоне температур от 20 до100 С. В процессе инжекции осуществлялся контроль напряжения на МДПструктуре, что позволило получить информацию об изменении зарядового состояния диэлектрической пленки непосредственно в процессе модификации.Для определения величины термостабильной компоненты накопленного в диэлектрике отрицательного заряда, после инжекционных и радиационных обработок МДП-структуры подвергались отжигу при температурах 150 ÷ 250 ºС втечение времени от 5 до 30 мин.Изменение зарядового состояния МДП-структур контролировалось с использованием C-V метода и метода многоуровневой токовой нагрузки [65].
Втечение сильнополевой инжекции в режиме протекания постоянного тока измерялось приращение напряжения на МДП-структуре VI , характеризующееизменение зарядового состояния исследуемого образца [65, 77, 86].Для изучения влияния воздействия электронного облучения на характеристики МДП-структур использовался растровый электронный микроскопEVO 40 фирмы Zeiss. С его помощью было проведено облучение МДПструктур электронами c энергией от 15 до 20 кэВ и током пучка I 8 нА сфлюенсом до 5 1014 см–2.Было проведено сравнительное исследование модификации зарядовогосостояния МДП-структур путем сильнополевой туннельной инжекции электронов в подзатворный диэлектрик и путем облучения структур электронами.Отличительной особенностью МДП-структур с двухслойным диэлектрикомSiO2-ФСС при сильнополевой инжекции электронов является накопление отрицательного заряда в пленке ФСС [3, 27, 77, 80].
Согласно предположениям,сделанным в работах [27, 77], инжектированные в диэлектрик электроны захватываются положительно заряженными группами, присутствующими впленке ФСС. Эти электронные ловушки, по-видимому, вносят основной вклад73в величину накапливаемого отрицательного заряда в пленке ФСС и имеют сечение захвата 1 1,4 1015 см2 [22, 27, 88]. Как было показано в [27], помимоловушек первого типа в двухслойном диэлектрике SiO2-ФСС присутствуютэлектронные ловушки с сечением захвата 2 3,2 1016 см2, наблюдающиесяпри инжекции электронов из Si, или электронные ловушки с сечением захвата3 7 1016 см2, присутствующие при инжекции электронов из металлическогозатвора. В [27] было сделано предположение, что электронные ловушки с сечениями захвата 2 и 3 имеют одну физическую природу, а отличие в величине сечений захвата обусловлено различием условий инжекции (откуда происходит инжекция), а также отличием в перераспределении внутренних электрических полей, связанных с накоплением отрицательного заряда в пленкеФСС.
Одним из возможных объяснений появления электронных ловушек второго типа является воздействие молекул РОСl3 на структуру SiO2 [77], в результате чего происходит перестройка структуры диоксида кремния вблизиграницы раздела SiO2-ФСС, приводящая к появлению оборванных связей кислорода, которые могут выступать в роли электронных ловушек.Для радиационной модификации МДП-структур, как уже было упомянуто,использовалось облучение электронами с энергией от 15 до 20 кэВ, что гарантировано обеспечивало длину их пробега больше толщины затвора.
Установлено, что при облучении МДП-структур с двухслойным диэлектриком SiO2ФСС электронами с энергией, обеспечивающей их прохождение через затвор идиэлектрическую пленку, наблюдается существенное увеличение плотностиповерхностных состояний на границе раздела Si-SiO2 и накопление в объемеподзатворного диэлектрика в пленке ФСС отрицательного заряда.На Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
