Е.И. Гольдман - к.ф.-м.н., вед. науч. сотрудник, ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (Фрязино). E-mail: gvc@ms.ire.rssi.ru Ю.В. Гуляев - академик РАН, научный руководитель ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (Москва). E-mail: gulyaev@cplire.ru Г.В. Чучева - д.ф.-м.н., ученный секретарь, ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (Фрязино). E-mail: gvc@ms.ire.rssi.ru

На основе ранее полученных авторами результатов в отношении структур n+ Si−SiO2−n Si с толщиной окисла 37 Å проведен анализ реальных изолирующих свойств сверхтонких окислов кремния. Показано, что потенциальный рельеф в сверхтонком SiO2 не описывается прямоугольной моделью, для него характерны относительно толстые, ~10 Å, слои с пониженным значением потенциала, отделяющие Si от собственно барьера, ограничивающего туннелирование электронов. Отмечено, что эффективная высота барьера сверхтонких изолирующих слоев SiO2 заметно меньше, а масса туннелирующего электрона существенно больше, чем у массивных диэлектриков. Указано, что структуры металл-окисел-полупроводник со сверхтонким окислом гораздо более «податливы» полевому и термическому стрессам по сравнению с образцами с толстым изолирующим слоем: объекты со сверхтонким окислом легче повреждаются внешними воздействиями, но и быстрее восстанавливаются в исходное состояние при комнатной температуре.

 

1. Барабан А.П., Булавинов В.В., Коноров П.П. Электроника слоев на кремнии. Л.: 1988. 303 с.
2. Goldman E.I., Kukharskaya N.F., Zhdan A.G. The effect of imaging forces in ultra thin gate insulator on the tunneling current and its oscillations at the region of transition from the direct tunneling to the Fowler-Nordheim tunneling // Solid-State Electronics. 2004.V. 48. P. 831.
3. Гольдман E.И., Ждан А.Г., Кухарская Н.Ф., Черняев М.В. Восстановление профиля потенциала в изолирующем слое по вольтамперным характеристикам туннельных МДП-диодов // ФТП. 2008. Т. 42. № 1. С. 94.
4. Гольдман Е.И., Гуляев Ю.В., Ждан А.Г., Чучева Г.В. Прямое туннелирование электронов в структурах Al−n+‑Si−SiO2−n‑Si в режиме нестационарного обеднения поверхности полупроводника основными носителями заряда // ФТП. 2010. Т. 44. № 8. С. 1050.
5. Гриценко В.А. Структура границ раздела кремний/оксид и нитрид/оксид // УФН. 2009. Т. 179. № 9. С. 921.
6. Reed M.L. Models of Si−SiO2 interface reactions // Semicond. Sci. Technol. 1989. V. 4. № 12. P. 980.
7. Durr M., Hu Z., Biedermann A., Hofer U., Heinz T.F. Real-space investigation of hydrogen dissociation at step sites of vicinal Si(001) surfaces // Phys. Rev. 993. V. 63. № 12. 121315 (R). P. 1.
8. Stathis J.H., Buchanan D.A., Quinlan D.L., Parsons A.H. Interface defects of ultrathin rapid-thermal oxide on silicon // Appl. Phys. Lett. 1993. V. 62. № 21. P. 2682.
9. Cellere G., Gerardin S., Paccagnella Al. DefectsinThinandUltrathinSiliconDioxides // DefectsinMicroelectronicMaterialsandDevices. Chapter 17. Edited by Fleetwood D.M., Pantelides S.T.andSchrimpf R.D. CRC Press. 2008. P. 497.
10. Komiya K., Omura Y. Spectroscopic characterization of stress-induced leakage current in sub 5‑nm-thick silicon oxide film // Journ. Appl. Phys. 2002. V. 92. № 5. P. 2593.
11. Гольдман Е.И., Кухарская Н.Ф., Нарышкина В.Г., Чучева Г.В. Проявление избыточных центров рождения электронно-дырочных пар, возникших в результате полевого и термического стрессов и их последующей аннигиляции, в динамических вольт-амперных характеристиках Si‑МОП структур со сверхтонким окислом // ФТП. 2011. Т. 45. № 7. С. 974.
12. Hadjadi A., Salace G., Petit C. Fowler-Nordheim conduction in polysilicon (n+‑Si)?oxide-silicon (p) structures: Limit of the classical treatment in the barrier height determination // Journ.Appl. Phys. 2001. V. 89. № 12. P. 7994.
13. Rana F., Tiwari S., Buchanan D.A. Self-consistent modeling of accumulation layers and tunneling currents through very thin oxides // Appl.Phys.Lett. 1996. V. 69. № 8. P. 1104.
14. Ждан А.Г., Кухарская Н.Ф., Нарышкина В.Г., Чучева Г.В.Реконструкция зависимостей туннельного тока от напряжения на окисле по динамическим вольт-амперным характеристикам гетероструктур n+‑Si−SiO2−n‑Si // ФТП. 2007. Т. 41. № 9. С. 1135.
15. Sze S.M., Kwok K.Ng. Physics of semiconductor devices. N.J. John Willey and Sons. Ins. 2007.
16. Тихонов А.Н., Арсенин В.А. Методы решения некорректных задач. М.: Наука. 1986.
17. Гольдман Е.И., Иванов В.А. Адаптивный тихоновский алгоритм построения производных экспериментальных зависимостей // Препринт ИРЭ РАН № 22(551). М. 1990.
18. Гольдман Е.И., Кухарская Н.Ф., Нарышкина В.Г., Чучева Г.В.Определение темпа термической генерации неосновных носителей заряда на границе раздела «полупроводник - сверхтонкий окисел» // Приборы и техника эксперимента. 2011. № 6. С. 81.
19. Боброва Е.А., Омельяновская Н.М. Особенности вольт-фарадных характеристик МОП структур, обусловленные зарядом в окисле // ФТП. 2008.Т. 42. № 11. С. 1380.
20. Ma T.P. Interface traps transformation in radiation or hot-electron damaged MOS structures // Semicond. Sci. Technol. 1989. V. 4. № 12. P. 1061.