Диссертация (1025135), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Плотность инжекционного тока, пропускаемого через МДП-структуру во время регистрации облучения, составляла7·10-9 ÷ 10-6 А/см2. МДП-структуры располагались на расстоянии несколькихмиллиметров от источника облучения.94РезультатымоделированиярадиационныхвоздействийнаМДП-структуры с толщиной диэлектрической пленки 35 нм, которые находятся врежиме инжекции электронов из кремния импульсом постоянного тока, приведены на Рис. 3.8 и 3.9.

На Рис. 3.8 показан высоковольтный участок временнойзависимости напряжения на МДП-структуре, находящейся в режиме сильнополевой инжекции, при протекании через диэлектрическую пленку постоянноготока плотностью 10-6 А/см2.Рис. 3.8.Высоковольтный участок временной зависимости напряжения на МДПструктуре, находящейся в режиме сильнополевой инжекции электронов изкремния, при протекании через диэлектрическую пленку постоянноготока плотностью J 0  106 А/см2.

На участках 1, 2, 4, 6, 8, 10 облучениеотсутствует. На участках 3, 5, 7, 9 действует излучение, при этом на участках:3 – J ion  0,9  J 0 ; 5 – J ion  0,8  J 0 ; 7 – J ion  0,5  J 0 ; 9 – J ion  0,9  J 0Для зависимостей, показанных на Рис. 3.8, плотность тока ионизации быламеньше плотности импульса постоянного тока, подводимого к структуре. Каквидно из Рис.

3.8, с увеличением амплитуды ионизационного тока уменьшается95напряжение, падающее на структуре. На Рис. 3.9 приведены временные зависимости напряжения на МДП-структуре, находящейся в режиме сильнополевой инжекции при протекании через диэлектрик постоянного тока плотностью10-7 А/см2. Плотность тока ионизации для зависимостей, изображенных наРис. 3.9, была больше плотности импульса постоянного тока, подводимого кструктуре. Из зависимостей, приведенных на Рис. 3.9, видно, что с увеличением ионизационного тока возрастает скорость разряда емкости МДП-структуры.Рис. 3.9.Временные зависимости напряжения на МДП-структуре, находящейся врежиме сильнополевой инжекции электронов из кремния, при протекании через диэлектрик постоянного тока плотностью J 0  107 А/см2.

На участках 1, 2,8, 9 облучение отсутствует. На участках 3, 4, 5, 6, 7 действует излучение, приэтом на участках: 3 – J ion  10  J 0 ; 4 – J ion  5  J 0 ;5 – J ion  3  J 0 ; 6 – J ion  2  J 0На основе моделирования показано, что возникновение ионизационноготока в диэлектрической пленке приводит к уменьшению или полному прекращению инжекционного тока и, как следствие, к снижению напряжения, падающего на диэлектрической пленке. Следовательно, при радиационном воздей-96ствии снижаются электрические поля, прикладываемые к диэлектрику, уменьшаются деградационные процессы, связанные с полевой инжекцией электронов, и, в основном, изменение зарядового состояния МДП-структур в этихусловиях обусловлено ионизационными процессами.Если величина ионизационного тока меньше амплитуды импульса тока(Рис.

3.8), то режим сильнополевой инжекции сохраняется, а напряжение наМДП-структуре уменьшается в соответствии со снижением инжекционноготока. При использовании данного режима для оценки характеристик радиационных излучений желательно, чтобы величина ионизационного тока находилась в диапазоне  0,1  0,9  I 0 . Если величина ионизационного тока больше амплитуды импульса тока (Рис. 3.9), то режим сильнополевой инжекции прекращается, а напряжение на МДП-структуре линейно уменьшается, что соответствует процессу разряда емкости МДП-структуры. При использовании данногорежима для оценки характеристик радиационных излучений желательно, чтобы величина ионизационного тока находилась в диапазоне  2  10  I 0 .На Рис.

3.10 и 3.11 приведены экспериментальные данные, полученные вработе [101] на МДП-структурах с толщиной диэлектрика 100 нм и результатымоделирования, рассчитанные с использованием предложенной модели. Каквидно из Рис. 3.10 и 3.11, результаты моделирования хорошо согласуются сэкспериментальными данными. С использованием предложенной модели былаопределена плотность тока ионизации в пленке двуокиси кремния под действием облучения -частицами, которая составила 300 нА/см2.

После прекращениядействия -облучения напряжение на МДП-структуре возвращается к значениям, наблюдавшимся до облучения (Рис. 3.10), что свидетельствует об отсутствии заметных деградационных процессов в диэлектрической пленке [102].Увеличение толщины диэлектрической пленки в МДП-структуре приводит квозрастанию плотности ионизационного тока, однако для создания инжекционного режима в этом случае требуется более высоковольтный источникнапряжения (Рис. 3.10).97Таким образом, результаты моделирования показали, что ионизационныепроцессы, протекающие в диэлектрических пленках МДП-структур, находящихся в режиме сильнополевой туннельной инжекции электронов импульсомпостоянного тока, можно использовать для регистрации радиационных излучений. В [101] было показано, что плотность тока ионизации возрастает с увеличением напряженности электрического поля и, следовательно, для повышенияточности регистрации измерение ионизационного тока желательно проводитьпри нескольких амплитудах импульса постоянного тока, как меньших, так ибольших амплитуды ионизационного тока.

В этом случае удается учесть полевую зависимость ионизационного тока.Рис. 3.10.Временные зависимости напряжения на МДП-структуре, находящейся врежиме сильнополевой инжекции электронов из кремния,при протекании через диэлектрик постоянноготока плотностью 1 мкА/см2. Участки II, IIIсоответствуют облучению -частицами. Кривая 1 (отмечена значками) –экспериментальная, кривые 2 и 3 получены моделированиемдля различных значений плотности тока ионизации:2 – J ion  0,2 мкА/см2; 3 – J ion  0,4 мкА/см298Рис.

3.11.Временные зависимости напряжения на МДП-структуре, находящейся врежиме сильнополевой инжекции электронов из кремния, при протекании через диэлектрик постоянного тока плотностью 7 нА/см2. Участки II, IIIсоответствуют облучению -частицами. Кривая 1 (отмечена значками) –экспериментальная, кривые 2 и 3 получены моделированиемдля различных значений плотности тока ионизации:2 – J ion  400 нА/см2; 3 – J ion  200 нА/см23.4.Исследованиепроцессовгенерациииэволюциизарядов,накапливаемых в диэлектрических пленках МДП-структур в процессесильнополевой туннельной инжекции электроновПерспективным методом модификации электрофизических характеристикполупроводниковых приборов с МДП-структурой является инжекция заряда вмногослойный диэлектрик, позволяющая проводить индивидуальную коррекцию параметров каждого прибора [105, 106]. Для модификации параметров99МДП-приборов можно использовать заряд, захватываемый на ловушки в объеме окисла в процессе сильнополевой туннельной инжекции электронов в диэлектрик и радиационных воздействиях [24, 105‒107].

Сильнополевые и радиационные воздействия могут оказывать существенное влияние на формирование и эволюцию центров захвата носителей в подзатворном диэлектрике и награнице раздела полупроводник-диэлектрик и использоваться для улучшенияхарактеристик приборов. В настоящее время процессы инжекционной модификации и деградации МДП-структур с термической плёнкой SiO2 не нашли своего окончательного объяснения, что связано, прежде всего, с противоречиямимежду публикуемыми экспериментальными данными, а также с отсутствиеманалитических моделей, описывающих эти явления в широком диапазоне воздействий и учитывающих технологические особенности изготовления диэлектрических пленок.В данной параграфе разработана модель, описывающая процессы образования и эволюции центров захвата носителей в инжекционно модифицированных многослойных наноразмерных диэлектрических слоях МДП-структур врежиме сильнополевой туннельной инжекции электронов в диэлектрик постоянным током.В разработанной модели учитывается, что при протекании постоянногоинжекционного тока через плёнку двуокиси кремния МДП-структуры помимосильнополевой генерации положительного заряда и захвата электронов на исходные ловушки происходит генерация электронных ловушек (даже при неочень сильных электрических полях) с постоянным коэффициентом генерации,а также наблюдается возрастание плотности поверхностных состояний [108].При анализе экспериментальных данных и моделировании полагалось, чтопроцесс генерации электронных ловушек в пленке двуокиси кремния равномерен по всему объему.

Выполнено уточнение модели изменения зарядового состояния МДП-структур [14, 22, 60, 88] путём рассмотрения новых физическихпроцессов, а также учёта изменения локальных электрических полей в объеме100диэлектрика, обусловленных накоплением зарядов, в режиме протекания постоянного туннельного тока.В разработанной модели принимаем, что сильнополевая инжекция электронов через диэлектрик подчиняется уравнению Фаулера-Нордгейма. Дляучёта накопления положительного заряда, формирующегося вследствие ударной ионизации, была применена модель, предложенная в [14], которая учитывает рекомбинацию захваченных дырок с инжектированными электронами ишироко используется для описания зарядовых явлений в пленках SiO2 толщиной больше 30 нм.При легировании пленки SiO2 фосфором формируется двухслойный диэлектрик SiO2-ФСС (фосфорно-силикатное стекло). Отличительной особенностью МДП-структур с диэлектрической пленкой SiO2-ФСС при протеканиисильнополевого инжекционного тока является захват части электронов на ловушки в слое ФСС [105, 106], именно этот заряд используется для коррекциипороговых напряжений МДП-приборов и его учету в модели уделено особоевнимание.Моделирование изменения зарядового состояния МДП-структур с термической пленкой SiO2, легированной фосфором, а также МДП-структур с поликремневым затвором (Si*) при сильнополевой туннельной по ФаулеруНордгейму инжекции электронов предлагается проводить на основе ранеепредложенной системы уравнений (3.2‒3.11) в параграфе 3.3, проведя её уточнение путём добавления выражения, описывающего генерацию электронныхловушек в диэлектрике [60], введением уравнения нейтральности заряда иуравнения для описания кинетики накопления заряда на поверхностных состояниях ( nite-h ).

Тогда уточненная система уравнений будет иметь вид:‒уравнение сдвига напряжения на МДП-структуре при инжекции элек-тронов из кремния в режиме протекания постоянного инжекционного тока дляданной модели:VI    =q npg (d ox  xpg )  nt (d ox  xn )  p (d ox  xp )  ,0 (3.12)101‒уравнение сдвига напряжения на МДП-структуре при инжекции элек-тронов из металлического электрода для данной модели:VI    ‒q npg xpg  nt xn  ,0 (3.13)уравнение для плотности электронов, накапливаемых в слое ФСС: pginpg   N pgi  1  exp  Qinj   , qi 13‒уравнение нейтральности заряда для данной модели:Q0  QC  Qinj ,‒(3.14)(3.15)уравнение для заряда, захваченного на поверхностных состояниях:Jdnite-h  e-h n  n p  E , t  ,dtq(3.16)где q – заряд электрона; 0 – диэлектрическая проницаемость диэлектрика;npg – плотность электронов, накапливаемых в ФСС; nt – плотность электронов, захваченных на сгенерированные ловушки; p – плотность дырок, накапливаемых в SiO2; d ox – толщина подзатворного диэлектрика; xpg , xn и xp –положения центроидов (относительно границы Si-SiO2) отрицательного зарядав ФСС, отрицательного заряда в SiO2 и положительного заряда в SiO2 соответственно; N pgi и  pgi – плотности и сечения захвата i-х электронных ловушек впленке ФСС; t – время; Qinj – заряд, инжектированный в диэлектрик; n – сечение захвата инжектированных электронов заполненными дырочными ловушками; E – напряжённость катодного электрического поля;  e-h ‒ вероятность создания поверхностного состояния электронно-дырочной рекомбинацией.

Характеристики

Список файлов диссертации