Содержание к диссертации
ВВВДЕНИЕ
Основные обозначения и сокращения ю
Глава I ВЛИЯНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА
СВОЙСТВА МЦП-СТРУКТУР (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) Н
I. йнжекция, перенос и захват заряда
в ВДП-структурах 11
2. Способы определения центроида заряда,
накопленного в диэлектрике 15
3. Генерация состояний на границе раздела
полупроводник-диэлектрик 12
4. Некоторые свойства кремниевых и германиевых
ВДП-структур, содержащих пленки А^03 и
пиролитического SiOz /9
5. Электрофизические свойства ВДП-структур
на основе InSi 24
6. Способы расчета энергетического спектра и
поверхностного потенциала в области
пространственного заряда полупроводников 35
Постановка задач исследования 39
Глава II РАСПРЩЕІЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ И ПОТЕЩИАЛОВ
В ПОЛЯРИЗОВАННОЙ ВДП-СТРУКТУРЕ 40
I. Описание поляризованной ЩЩ-структуры в
приближении модели центроидов накопленного
заряда 40
2. Расчет электростатического потенциала в ОПЗ
TnS в рамках классической статистики...... 50
3. Расчет электростатического потенциала и энер
гетического спектра в слое обогащения n.-T*Si
с учетом размерного квантования в ОПЗ 60
3.1 Описание методики самосогласованного
расчета 60
3.2 Выбор эффективной массы 66
Основные результаты главы II 7-8
Глава III ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ НАКОПЛЕНИЯ ЗАРЯДА В ЩП-СТРУКТУРЕ С ЛОВУШЕЧНЫМ ДИЭЛЕКТРИКОМ
ПРИ НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ *9
I. Накопление заряда в диэлектрике при положительном потенциале на полевом электроде...... 73
2. Захват в туннельном слое и его влияние на кинетику накопления заряда в объеме
диэлектрика ^4
3. Описание кинетики накопления заряда в МДП-структурах с двухслойным диэлектриком при ишсекции электронов из полевого электрода.... 37- 4. Методика одновременного определения координаты центроида накопленного в диэлектрике заряда и высоты потенциального барьера,
лимитирующего инжекцию. 94
Основные результаты главы III 104
Глава ІУ МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА. ИССЛЕДОВАНИЯ,
НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ КОРРЕКТНОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА В СИЛЬНОМ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ Ю5
I. Образцы 105"
2. Описание экспериментальной установки f07-
3. Температурная нестабильность напряжения
плоских зон МдП-структуры... 115
Обратимые изменения V US'
Влияние повышенной температуры на растекание заряда, накопленного в диэлектрике 120
4. Измерение напряжения плоских зон ЩП-струк-туры при наличии гистерезиса вольт-
фарадных характеристик М
Основные результаты главы ІУ ЮН
Глава У ЗАРЯДОВАЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ ВДП-СТРУКТУР НА ОСНОВЕ
L» S6 В СИЛЬНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ Ю5~
I. Зарядовая нестабильность ЩП-структур с
подслоем анодного окисла 1« Si /35"
1.1 Положительная поляризация МДП-структуры
("V^_ > 0). Определение эффективной массы
электрона в запрещенной зоне анодного
окисла In Si /35"
1.2 Отрицательная поляризация ЩП-структуры
(V"^< 0) т
1.3 Поляризация со сменой знака 45"А
2. Зарядовая нестабильность ЩП-структур с
пленками №t05 и возможные механизмы
накопления заряда в диэлектрике 153
3. Исследование бокового "растекания" заряда в МДП-структурах с пленками пиролитического
SlOz 444
3.1 Особенность зарядовой нестабильности
структур с подложкой f> -типа 164
- s -
3.2 Увеличение фотоответа в структурах металл-диэлектрик-полупроводник после
сильнополевого воздействия -/65*
Основные результаты главы У. 111
Глава УІ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗОННОЙ ДИАГРАММЫ ЩП-СТРУКТУР НА ОСНОВЕ
i„sl т
I. Энергия активации ловушек в AEz03 47-3
2. Высота потенциального барьера
АС -АСг03 т
3. Высота потенциального барьера
At -StO, т
4. Обсуждение моделей, объясняющих понижение
высоты барьера At - пиролитический Si02 ... 185
Основные результаты главы УІ 1%
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Ш
Приложение I. Построение программы для самосогласованного расчета параметров слоя
обогащения 204
Приложение 2. Возможность определения уровня легирования подложки из измерения температурного сдвига напряжения плоских зон
в ЩП-структурах 2.08
Копия Акта об использовании 2.Ц
ЛИТЕРАТУРА -2Y3
Введение к работе
Научный интерес к ВДЩ (металл-диэлектрик-полупроводник) -структурам на основе узкозонных полупроводников типа А^г вызван, в первую очередь, возможностью их использования в качестве фоточувствительных элементов ИК-диапазона. Для области спектра (2-5) мкм перспективным полупроводниковым материалом является антимонид индия. Он характеризуется малой шириной запрещенной зоны (0,228 эВ при температуре Т = 80 К), высокой подвижностью электронов (~I0& cwr/B'c), значительным коэффициентом поглощения в собственной полосе (~ 10 см ). Системы, предназначенные для формирования изображения в ИК-диапазоне, имеют важное народно-хозяйственное значение [ I] . Они позволяют следить за состоянием природных ресурсов, растительности и посевов, обнаруживать лесные пожары в самом начале их возникновения, используются в медицинском тепловидении и т.д. В настоящее время на основе ан-тимонида индия создаются много элементные фотоприемные устройства, чувствительность которых позволяет работать в режиме ограничения флуктуациями фона [2,3] .
Важнейшим применением фоточувствительных МДП-структур является их использование в системах ПЗС и приборах с ин-жекцией заряда. Принцип работы таких элементов предусматривает подачу постоянного и импульсного напряжений на полевой
электрод. Известно, что в ряде случаев это может привести к накоплению заряда в диэлектрике и соответствующему изменению рабочих параметров прибора.
Выявление закономерностей и физических механизмов нако-
- ? -
пления заряда в диэлектрике под действием внешнего электрического поля дает возможность прогнозировать стабильность и надежность длительно функционирующих ЬЩП-фотоприемных устройств и других приборов, созданных на базе ЩП-элементов.
В кремниевых и германиевых ВДП-структурах эффекты зарядовой нестабильности достаточно подробно изучены Г 4,5] . Исследование системы металл-диэлектрик-полупроводник на основе Ги S& требует разработки нового научного подхода к проблеме, что вызвано следующими причинами:
в структурах использован особый класс диэлектриков -синтезированных методами низкотемпературной технологии (при Т = (20-250) С);
рабочая температура элементов на основе In Si ~Г — 80 К;
фундаментальные свойства I*Se (и, в частности, его зонная структура) существенно отличаются от полупроводников ІУ группы.
Таким образом, изучение процессов накопления заряда в ВДП-структурах на основе IiS6 в электрическом поле является актуальной научной задачей.
До настоящего времени исследования в этом направлении в основном содержали сведения о зарядовой нестабильности в области слабых электрических полей Е < I06 В/см (см., например, [6-8] ). Авторы подробно изучали механизмы гистерезиса вольт-фарадных характеристик (ВФХ), состояние границы
