ЭФЕНДИЕВА ИЗЗЕТ МАМЕД кызы ЭЛЕКТРО-ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ,

1. ЭФЕНДИЕВА ИЗЗЕТ МАМЕД кызы ЭЛЕКТРО-ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА И МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕНОСА КОНТАКТОВ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si, Al-TiW/n-Si,AlNi/n-Si, Al-TiCu/n-Si,

2. Актуальность темы Миниатюризация полупроводниковых структур выдвигает на передний план задачи: совершенствование технологии; исследование микро- и наноструктур; внедрение их в промышленное производство. Основные тенденции развития: микроминиатюризация многофункциональное использование приборов.

3. Достижения в области физики низкоразмерных систем, развитие технологии, интерес к тонким структурам создают предпосылки для разработки новых контактов с заведомо известными качествами, проявляющимися в узком диапазоне изменения действующих факторов. Преимущества КМП • 1.Большое быстродействие • 2. Простота технологии • 3. Способность выполнять различные функции • 4. Возможность создания приборов на различных полупроводниках • 5. Плотная упаковка элементов

4. i1 C R i3 i2 i4 1 r 2 1 2 3 4 EC EF qV EF EV Рис.1.1. Эквивалентная схема контактаметалл –полупроводник. Рис.1.2. Процессы переноса электронов в ДШ при прямом смещении Рис.1.3.Контакт металл-полупроводник при наличии поверхностных электронных состояний

5. Изучение электро-физических параметров, электронной структуры и механизмов переноса носителей заряда КМП с различными металлическими пленками (Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si, Ti10W90/n-Si, TiCu/n-Si, AlNi/n-Si), подразумевающее: выявление функциональных возможностей новых контактных структур; анализ физических явлений, на основе которых могут быть созданы многофункциональные приборы. Цель исследования

6. Задачи исследования Для достижения настоящей цели были поставлены следующие задачи: • исследовать ВАХ диодов Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si, Ti10W90/n-Si, TiCu/n-Si, AlNi/n-Si в широкой области изменения температуры; • исследовать диэлектрические свойства диодов Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si на основе анализа C-V и G/w-V характеристик в широкой области изменения частоты и смещения; • разработать метод вычисления плотности поверхностных состояний на основе измерения ВАХ; • исследовать расределение поверхностных состояний диодов Al-TiW-Pd2Si/n-Si, Ti10W90/n-Si, AlNi/n-Si в запрещенной зоне кремния;

7. исследовать влияние освещения на характеристики диодов Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si; исследовать индуктивные свойства диодов Al-TiW-PtSi/nSi и Al-TiW-Pd2Si/n-Si; исследовать зависимость ВАХ от геометрических размеров диодов с поликристаллической (TiCu/n-Si) и аморфной (AlNi/n-Si и Ti10W90/n-Si) металлическими пленками; разработать метод вычисления толщины диэлектрического зазора КМП; исследовать влияние металлической пленки на электронную структуру полупроводниковой подложки методом фотолюминесценции (ФЛ).

8. Объект исследования В качестве объекта исследования были выбраны контактные структуры на основе барьера Шоттки с различными по роду и кристаллической структуре металлическими пленками: Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si - монокристаллическая, TiCu/n-Si - поликристаллическая, AlNi/n-Si, Ti10W90/n-Si - аморфная. Научный интерес представляют : многообразие металлизации с применением одного вида кремниевой подложки n-Si(111) 14-ти диодов малых геометрических размеров, расположенных в одной матрице и полученных в едином процессе.

9. Научная новизна С применением КМП малых геометрических размеров на основе кремния, изготовленных с использованием различных металлических пленок и технологических методов, многообразия экспериментальных и теоретических методов впервые: • выявлены особенности электрофизических параметров, механизмов переноса тока, электронной структуры ДШ с монокристаллической - Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si, поликристаллической TiCu/n-Si и аморфной AlNi/n-Si, Ti10W90/n-Si металлизациями; предложены механизмы их возникновения; • 2. определены причины появления ОДС на ВАХ ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si; значительная роль туннельного переноса тока обоснована наличием на границе раздела пятен с высокой степенью легирования; • 3. зависимость диэлектрических потерь в ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si от смещения и тестового сигнала, интенсивности освещения объяснена значительной ролью поверхностных состояний и электронной структуры на границе раздела М-П;

12. Достоверность результатов обеспечена • комплексным характером исследований; • достаточным количеством идентичных измерений c применением современных приборов высокой точности; • хорошо апробированных экспериментальных и теоретических методик; • численной обработкой на основе компьютерных программ EXEL, MATLAB; • применением теоретического анализа; • сравнением полученных данных с существующими теориями.

13. На защиту выносятся следующие положения: • Характер неоднородности границы раздела контактов металл- • полупроводник диодов (Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si, Ti10W90/n- • Si, TiCu/n-Si, AlNi/n-Si) определяется составом и кристаллической • структурой контактирующих металла и полупроводника; • Туннельный эффект в диодах Al-TiW-Pd2Si/n-Si связан с проникновением атомов платины в пустоты кремния и дополнительным легированием полупроводника в результате постобработки; • Возможность вычисления плотности распределения поверхностных • состояний в запрещенной зоне полупроводника и их идентификации с • использованием ВАХ;

14. 4. Особенности и причина изменения электрически активной площади контакта с поликристаллической металлизацией и ее отличие от внешней площади диода; 5. Возможность вычисления эффективной толщины диэлектрического зазора контакта металл-полупроводник с поликристаллической металлизацией на основе анализа ВАХ. 6. Причины возникновения диэлектрических потерь и индуктивных свойств диодов Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si . 7. Особенности спектров фотолюминесценции диодов, их зависимость от выбора контактирующих материалов и причины их возникновения.

15. Практическая значимость определяется следующими выводами: Экспериментально изучены (I-V,C-V и G/ω-V), и характеристики диодов Al-TiW-PtSi/n-Si, в широкой области изменения температуры. Выявлено, что при низких температурах контактная структура Al-TiW-PtSi/n-Si может быть использована в качестве туннельного диода: • На основе анализа экспериментальных характеристик и исследованы диэлектрические свойства контактных структур Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si в широкой области изменения температуры и тестового сигнала. Исследование параллельной проводимости диодов Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si в широкой области изменения температуры и тестового сигнала представляет интерес для использования указанных КМП в качестве аналогов индуктивности; 2.Метод вычисления распределения плотности поверхностных состояний позволяет выявить электронные состояния в запрещенной зоне полупроводника КМП;

16. С применением разработанного теоретического метода определения толщины диэлектрического зазора возможно определение толщины зазора из ВАХ; Метод ФЛ выявил возникновение протяженных дефектов при осаждении металлической пленки на полупроводник в КМП; 5.Результаты исследования при освещении выявили возможность использования диодов в качестве светодиодов (СД); 6.Проведенные исследования диодов Шоттки малых размеров (1х10-6см2 ÷ 14х10-6см2) создают предпосылку для изготовления многофукциональных приборов; 7.Результаты могут иметь важное значение при отработке технологических режимов получения диодов Шоттки и оценке взаимосвязи свойств материала с параметрами приборов.

17. Рис. 1.5. Диодная матрица диодов Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si, Al-TiW/nSi, AlNi/n-Si, Al-TiCu/n-Si.

18. Рис.1.6. Измерительная установка

19. ГЛАВА II ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ДИОДОВ ШОТТКИ Al-TiW-PtSi/n-Si Обоснование проблемы Миниатюаризации интегральных схем (уменьшение площади контакта) приводит к возрастанию роли неоднородного распределения заряда по площади. Существуют естественные флуктуации полупроводника, обусловленные дискретным характером распределения объемного заряда. Цель настоящей работы показать: Синтез новых материалов на кремнии с целью использования преимуществ традиционной кремниевой технологии. Низкое сопротивление силицидов металлов VШ группы, к которой относится платина, объясняется относительно малыми атомными расстояниями металл-кремний в этих силицидах. Структуры силицид металла - кремний имеют высокие значения электрофизических параметров Атомарно гладкие бездефектные контакты неизбежно имеют неоднородности барьера Шоттки, обусловленные дискретностью заряда легирующей примеси.

20. Формирование силицида (PtSi) на поверхности n-Si, рассогласование параметров решеток силицида и кремния и гексагональные пустоты в кристаллической решетке (111) ориентированного кремния приводят к перестройке электронных состояний полупроводника. Это же, в свою очередь, к дискретному изменению концентрации заряда в приповерхностном слое и флюктуации толщины ОПЗ .

21. Рис.2.2.Зависимость высоты барьера показателя идеальностидиода Al-TiW-PtSi/n-Si от температуры. Рис 2.1. ВАХ ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si (№8) при различных температурах.

22. ,

23. от Рис.2.4. ВАХ при низкихтемпературах 79К и 120К (Al-TiW-PtSi/n-Si, диод №8) Рис.2.3. Зависимость (Al-TiW-PtSi/nSi, диод №8)

25. = 0.85 эВ = 0.095 Рис.2.5. Зависимость высоты барьера ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от коэффициента идеальности при различных температурах (диод №11) Рис.2.6.Зависимость ВБ при нулевомсмещении от для ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si в соответствии с распределением Гаусса

26. = 0.82 эВ А*==169Acm-2K-А2 Рис. 2.8. Модифицированная зависимость Ричардсона для ДШ Al-TiW-PtSi/n-Siв соответствии с распределением Гаусса. Рис.2.7. Зависимость КИ ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от 1/T в соответствии с распределением Гаусса.

27. А* =0.144 Acm-2K-2 - 244 Acm-2K-2 D= 5,5x10-4 - 0,92, при T=120 -360K , Rn+- n =(6,9х10-6 - 3,44х10-8) Омсм2

28. Рис.2.9.Зависимость для ДШ Al-TiPtSi/n-Si Рис.2.10. ВАХ туннельного тока : I exp- экспериментальная, I th1- ТЭ, I th2- туннельный ток.

29. Nd = 1,5 E + 19 cm -3 D=2,8х10-7см S = 2,5х10-13 см2

30. Рис.2.12.Экспериментальная и теоретически вычисленные обратные ВАХ ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si: 1 – ТЭЭ, 2- силы зеркального отражения, 3 - лавинный пробой, 4 – экспериментальная, 5- усредненнная, 6 - с учетом туннелирования. Рис.2.11. Обратные ВАХ ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si при различных температурах.

31. Фo-V Фb EF Рис.2.14. Потенциальный барьер при дискретном распределении заряда. Рис.2.13. ЗависимостьEo’ от kT/q для различных значений E00 (17 meV, 21 meV, 27,5 meV). RSi=1,17 A, Rhq=2,15 A, RPt=1,39 A, Rn+=28A

32. C=C1 C2/( C1+ C2) Рис.2.15. Зависимость емкости (a) и нормированной проводимости (b) ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от напряжения смещения при различныхтемпературах (100кГц, 10 мВ).

33. Рис.2.16. Зависимость емкости C(V,f) и приведеннойпроводимости G/w(V,f)ДШ Al-TiW-PtSi/n-Siот напряжения смещения при различных частотах (Т=300К, 10 мВ).

34. . Рис.2.18. Зависимость сопротивления контакта (Rs ) структуры Al–TiW–PtSi/n-Si от частоты при различных значениях напряжения смещения и комнатной температуре. Рис.2.17. Зависимость сопротивления контакта Al–TiW–PtSi/n-Si от напряжения смещения при различных частотах и комнатной температуре.

35. Рис.2.19. Частотные зависимости C(V)-f (a) и G/w(V)-f (b) характеристик Al–TiW–PtSi/n-Si структур при комнатной температуреи разных смещениях

36. Рис.2.20. Зависимость диэлектрической проницаемости ( ) ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от смещения при различных частотах Рис.2.21. Зависимость диэлектрических потерь ( ) ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от смещения при различных частотах

37. Рис.2.22. Зависимость тангенса диэлектрических потерь ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от смещения при различных частотах. Рис.2.23. Частотная зависимость ас-проводимости ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si при различных смещениях и комнатной температуре

38. Рис. 2.24Частотная зависимость (a) ε,(b) ε”, (с)tanδи ac-проводимости Al-TiW-PtSi/n-Si для различных смещений при комнатной температуре

39. Рис.2.25.Частотная зависимость реальной M’(a) и мнимой M” (b) частей электрического модуля ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от частоты при различных смещениях и комнатной температуре .

40. ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРУКТУРЫ Al-TiW-Pd2Si/n-Si, ПОЛУЧЕННЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМI-V , C-V, и C/ω –V ИЗМЕРЕНИЙ, В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЧАСТОТЫ Рис.3.2. ЗависимостьlnIs/AT2 от 1000/TдляAl-TiW-Pd2Si/n-Si Рис.3.1. ВАХ ДШ Al-TiW-Pd2Si/n-Si приразличных температурах

41. Рис.3.4. Зависимость от q/2kT для ДШ Al-TiW-Pd2Si/n-Si в соответствии с распределением Гаусса Рис.3.3. Зависимость высоты барьера ДШ Al-TiW-Pd2Si/n-Si от коэффициента идеальности при различных температурах.

42. . Рис.3.5. Плотность состояний, определенная из ВАХ ДШ Al-TiW-Pd2Si/n-Si (диод № 8) Рис.3.6. Модифицированная зависимость Ричардсона для ДШ Al-TiW-Pd2Si/n-Si

43. . Рис.3.7. Емкость C(V,f) (a),проводимость G/w(V,f) (b) и сопротивление ДШ Al-TiW-Pd2Si/n-Si при комнатной температуре

44. Рис.3.8. Частотные зависимости характеристик структуры Al-TiW-Pd2Si/n-Si при комнатной температуре.

45. Рис.3.9. Изменение диэлектрической проницаемости от напряжения смещения структуры Al-TiW–Pd2Si/n-Si при различных частотах.

46. ’, ( Рис.3.10. Частотная зависимость (a) ε’ ,(b) ε’’, (c) tanAl-TiW-Pd2Si/n-Si при различных значениях приложенногосмещения и комнатной температуре

47. Рис.3.11. Частотная зависимость ас-проводимости и электрического модуля Al-TiW-Pd2Si/n-Si для различных фиксированных значений приложенного смещения при комнатной температуре.

48. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНТАКТОВ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК Al-TiCu/n-Si С ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЛЕНКОЙ Рис.4.1. ВАХ ДШ Al-TiCu/n-Si в интервале температур (298458)К при прямом смещении (a - №2, b- №6, c-№ 9, d-№10).

49. Рис. 4.2. Зависимость ВБ диодов Al-TiCu/n-Si от фактора идеальности при различных температурах (a - №1, b- №3, c- №13).

50. Рис.4.3.Модифицированная зависимость Ричардсона для Al-TiCu/n-Si структур с учетом распределения Гаусса.