Диссертация (1025135), страница 16

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

Текст из файла (страница 16)

Система уравнений 3.2‒3.16 решалась при следующих начальных условиях:npg  0   nt  0   p  0   0 .Параметры модели, входящие в выражения (3.12‒3.16), при моделировании изменения зарядового состояния МДП-структуры Si-SiO2-ФСС-Al, полага-102лись равными: p  5  1014 см2; pg1  1,4  1013 см2; pg2  3,2  1016 см2;N pg1  4  1012 см-2; N pg2  5  1012 см-2;  e-h  0,3 .Уравнение (3.14) записано в общем случае для инжекции электронов, какиз кремния, так и из алюминия (Si-SiO2-ФСС-Al).

При инжекции электронов изкремния в уравнении будет два слагаемых, т.е. два типа электронных ловушек.На Рис. 3.12 показаны энергетические зонные диаграммы, иллюстрирующие накопление зарядов и распределение локальных электрических полей вструктуре Si-SiO2-ФСС-Al (а) и Si-SiO2-Si* (б) при инжекции электронов изкремния.

Особенностью рассматриваемой модели является представление локальных электрических полей в диэлектрике для учёта накопления положительного заряда в плёнке двуокиси кремния [109‒112]. В соответствии с накапливаемыми зарядами, весь объем диэлектрика структуры Si-SiO2-ФСС-Al(Si-SiO2-Si*) разбивался на четыре (три) участка.Для МДП-структуры Si-SiO2-ФСС-Al на трёх участках вводилось свое локальное электрическое поле (среднее первое Em1 , среднее второе Em2 , анодноеEa ), на четвёртом участке – катодное поле Ec (см. Рис. 3.12). Для полей Em1 иEm2 находились коэффициент генерации дырок  m  1 и сечение захвата инжектированных электронов заполненными дырочными ловушками n . Длянайденных параметров решалось дифференциальное уравнение, описывающееплотность захваченных дырок (уравнение решалось методом Рунге-КуттыФельберга 4‒5-ого порядка).

Затем эти решения суммировались, и находиласьконечная плотность, для которой и определялось изменение напряжения, обусловленное накоплением в окисле положительного заряда. При моделированииМДП-структуры Si-SiO2-Si* на двух из трёх участков вводились локальныеэлектрические поля.Катодное поле находилось путём решения уравнения нейтральности заряда (3.15).На основе экспериментальных данных и результатов моделирования, проведенных в СКМ (системе компьютерной математики) Maple 15 [113], были103определены параметры модели, характеризующие процессы изменения зарядового состояния МДП-структур с термической плёнкой SiO2, пассивированнойслоем ФСС, а также МДП-структур Si-SiO2-Si*, в условиях управляемой сильнополевой туннельной инжекции электронов в диэлектрик.BECEm1EVBEm 2ECxnEFECECEaxpEm1ECEFxnEVxpEax pgdoxd oxEFECEVРис. 3.12.Энергетические зонные диаграммы, иллюстрирующие накопление зарядов ираспределение локальных электрических полей в структуре Si-SiO2-ФСС-Al (а)и Si-SiO2-Si* (б) при инжекции электронов из кремнияКак видно из приведённых зависимостей (Рис.

3.13, 3.14), результаты моделирования дают хорошее совпадение расчетных зависимостей с экспериментальными данными.Установлено, что в МДП-структурах Si-SiO2-Si* при сильнополевой инжекции заряда до 10 мКл/см2 импульсами постоянного тока в диапазоне10-5 ÷ 10-3 А/см2 зарядовая деградация диэлектрической плёнки обусловлена, восновном, накоплением положительного заряда, имеющего сильную полевуюзависимость, что хорошо согласуется с моделью генерации дырок межзоннойударной ионизацией [14, 22]. При большей плотности инжектированного заряда существенное значение начинает играть захват электронов в диэлектриче-104ской пленке [114‒116].Рис. 3.13.Приведены зависимости изменения напряжения на МДП-структуреSi-SiO2-ФСС-Al от величины инжектированного заряда при амплитудахтуннельного тока 10-7 А, 10-6 А, 10-5 А ‒ кривые 1, 2, 3 соответственно.Значками показаны экспериментальные данные,сплошными линиями – результаты моделированияРис.

3.14.Зависимости напряжения на МДП-структуре Si-SiO2-Si* от величиныинжектированного заряда при плотностях туннельного тока 10-5 А/см2 (1, 1');10-4 А/см2 (2, 2'); 10-3 А/см2 (3, 3'). Значками показаны экспериментальныеданные, сплошными линиями – результаты моделирования105При аналогичных плотностях постоянного тока, подаваемого на МДПструктуру Si-SiO2-ФСС-Al, её зарядовая деградация обусловлена, преимущественно, накоплением отрицательного заряда.Применение указанной модели позволяет исследовать изменение зарядового состояния МДП-структур в широком диапазоне сильных электрическихполей и инжекционных токов туннельной эмиссии по Фаулеру-Нордгейму, втом числе и за пределами экспериментальных возможностей.Данная модель может найти широкое применение для прогнозированияповедения МДП-приборов, работающих в сильных электрических полях и привоздействии ионизирующих радиационных излучений.Таким образом, в данной работе предложена модель изменения зарядовогосостояния МДП-структур Si-SiO2-ФСС-Al и Si-SiO2-Si* в условиях сильнополевой по Фаулеру-Нордгейму инжекции электронов из кремниевого электрода.Проведено моделирование и получены теоретические кривые зависимости изменения напряжения на МДП-структуре от величины инжектированного заряда в диапазоне плотностей токов 10-5 ÷ 10-3 А/см2.

Проведено сравнение теоретически полученных данных с экспериментальными и сделан вывод о возможностях применения предложенной модели.3.5. Исследование методом стрессовых и измерительных уровней токапроцессов накопления отрицательного заряда в МДП-структурах сподзатворным диэлектриком SiO2-ФСС в условиях сильнополевойинжекции электроновС использованием предложенного метода проведено исследование изменения зарядового состояния термических пленок SiO2, легированных фосфором толщиной от 10 до 30 нм.

Тестовые МДП конденсаторы формировались налегированной фосфором n-Si кремниевой подложке (с удельным сопротивлением 4,5 Ом×см ). Диоксид кремния был выращен термически при температуре850 C. Поликремневые пленки, легированные фосфором, использовались в качестве затвора [23, 88].106В пленках SiO2, легированных фосфором, наблюдается повышенная плотность электронных ловушек [23, 88], и она хорошо подходят для иллюстрациивозможностей предложенного метода. На Рис. 3.15 показаны результаты исследования МДП-структур с такими пленками с использованием алгоритмастрессовых и измерительных уровней тока. Величины стрессового I s и измерительного I m токов составляли соответственно 10 мкА и 1 нА. В результатебыло проведено исследование изменения зарядового состояния диэлектрической пленки при сильнополевой инжекции электронов из кремния током10 мкА.

Кривая 1 на Рис. 3.15 соответствует сдвигу напряжения на МДПструктуре ( Vs    ) при использовании стандартного метода постоянного тока.Как видно из Рис. 3.15, зависимость Vm    , измеренная при измерительноминжекционном токе I m  1 нА, дает существенно больший сдвиг напряжения,по сравнению с зависимостью Vs    , измеренной при токе 10 мкА. Такоеразличие в виде кривых на Рис.

3.15 обусловлено захватом электронов на ловушки в окисле во время установления стрессового режима инжекции, когдачерез диэлектрик одновременно протекают емкостной и инжекционный токи.Длительность этого участка при токе I s составляла несколько мс, а при токеI m она, соответственно, была на четыре порядка больше. За это время в диэлектрик инжектируется заряд несколько мкКл, что и приводит к большемусдвигу кривой 2 по сравнению с кривой 1 на Рис. 3.15. Совместный анализVm    и Vm    [65, 72], позволяет существенно повысить точность определения характеристик заряда накапливаемого в подзатворном диэлектрике посравнению с методом постоянного тока Vs    .

Процессы изменения режимовинжекции, а также прерывания процесса инжекции и переключения в отрицательную полярность для измерения Vm    не оказывали заметного влиянияна процесс накопления отрицательного заряда в подзатворном диэлектрике.Таким образом, было установлено, что величина накапливаемого отрицательного заряда в основном определяется величиной инжектированного заряда,107что хорошо согласуется с предыдущими исследованиями [23]. Центроид отрицательного заряда, определенный по методике [72] с использованием Vm   и Vm    , находился на расстоянии 12±2 нм от границы раздела Si-SiO2 ипрактически не изменялся в процессе исследований.Возможность получения C-V характеристик перезаряда емкости МДПструктуры, также позволяет дополнительную информацию о изменении зарядового состояния подзатворного диэлектрика и границы раздела диэлектрикполупроводник.

Как видно из Рис. 3.15 сдвиг напряжения, соответствующийсередине запрещенной зоны, определенный из C-V зависимостей, полученныхданным методом, был меньше сдвигaнапряжения, измеренного при измери-тельном токе I m (кривая 2). Это было связано с накоплением у границы Si-SiO2небольшой величины положительного заряда, который, практически, не влиялна туннельный ток. Анализ зависимостей, приведенных на Рис. 3.15, позволяетсделать вывод, что центроид накапливаемого отрицательного заря находится вобъеме подзатворного диэлектрика. В результате этот заряд оказывает схожеевлияние на кривые 1, 3 и 4 на Рис. 3.15.Рис.

Характеристики

Список файлов диссертации