Динамические характеристики кремниевых МДП-структур с P-N-переходом в подложке тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

V V/

ФЕДОРЕНКО ЯНИНА ГЕННАДЬЕВНА

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЕМНИЕВЫХ МДП-СТРУКТУР С Р-И-ПЕРЕХОДОМ В ПОДЛОЖКЕ

01.04.10. Физика полупроводников и диэлектриков

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

САРАТОВ -1998

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников Саратовского ордена Трудового Красного Знамени государственного университета имени Н.Г. Чернышевского и в НИИ механики и физики при СГУ

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

профессор Свердлова A.M.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Безручко Б.П.

кандидат физико-математических наук

Гусятников В.Н.

Ведущая организация: Физико-технический институт РАН им. А.Ф. Иоффе, г. Санкт-Петербург

Защита состоится в 15 час. 30 мин. 23 октября 1998г. на заседании диссертационного Совета Д.063.74.01. по специальности 01.04.10. (физика полупроводников и диэлектриков) Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского по адресу: 410026, г. Саратов, ул. Астраханская, 83, физический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГУ. Автореферат разослан ^ " ZZ сг/'Л^Д 1998г.

Ученый секретарь диссертационного

Совета, канд. физ. - мат. наук, доцент^ ^ ^Аникин В.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В настоящее время в качестве элементной базы микроэлектроники значительное место занимают МДП-структуры, в частности с многослойной подложкой (содержащей р-п-переход). МДП-п-р-структуры интересны тем, что наличие в них взаимодействующих пространственных неоднородностей (р-п-переходы в подложке, барьеры диэлектрик-полупроводник и металл-диэлектрик) приводит к возникновению ряда динамических эффектов - колебаний области пространственного заряда, шнуров тока в диэлектрике, поверхностно-барьерной неустойчивости тока. Ведущая роль в возникновении таких эффектов принадлежит процессам накопления и рассасывания заряда на ловушках и в свободном состоянии на поверхности полупроводника в МДП-п-р-структуре. Поэтому исследование влияния кинетики процессов генерации, накопления и рекомбинации носителей заряда на развитие неустойчивости тока, приводящей к появлению указаных выше эффектов, представляется актуальной и важной задачей.

Известно, что наиболее сложные явления, к которым относится возникновение поверхностно-барьерной неустойчивости тока (ПБНТ) в МДП-п-р-структуре, реализуются на границе раздела ДП с участием поверхностных состояний (ПС). На основе анализа имеющихся к настоящему времени работ, в которых рассматривается влияние параметров ПС на появление неустойчивости тока в МДП-структуре, трудно конкретизировать процессы, ответственные за установление и поддержание ПБНТ, проявляющейся как возбуждение колебаний тока и емкости. Для использования М ДП-структур в устройствах микрэлектроники необходимо теоретическое и экспериментальное исследование влияния процессов генерации, накопления, рекомбинации носителей заряда с участием поверхностных состояний на формирование неустойчивости тока при различных внешних воздействиях: с изменением температуры, освещенности, после у-облучения. Кроме того, необходима информация о механизме прохождения тока, начальном состоянии поверхности, области пространственного заряда, плотности и знаке поверхностных состояний, влиянии типа легирования положки при разработке функциональных устройств, в основе работы которых лежат эффекты генерации нелинейных колебаний в МДП-структуре.

Цель работы:

—установление влияния особенностей процессов прохождения, накопления, релаксации заряда в МДП-структуре с р-п-переходом в подложке при изменении температуры, освещенности, после у-облучения, а также изучение взаимосвязи параметров границы раздела ДП, типа подложки и возникновения нелинейных колебательных режимов в этих структурах.

Для достижения поставленной цели проводилось комплексное исследование свойств МДП-структур:

1. Изучение механизма токопрохождения в МДП-структурах с окислами редкоземельных элементов (ОРЗЭ) в качестве диэлектрика и неоднородно легированной подложкой.

2. Экспериментальное исследование эффекта генерации релаксационных колебаний в зависимости от электрофизических свойств МДП-структур с неоднородно легированной подложкой (5ьгГ-р) и различными диэлектриками: Ьи203, ТЬ2Оэ, Ос12ОгИсследование влияния частоты приложенного напряжения на динамику тока, протекающего через МДП-п+-р-структуру в режиме генерации релаксационных колебаний, с целью выявления новых колебательных режимов и возможностей управления ими.

3. Исследование влияния процессов релаксации на возникновение динамических колебательных режимов в МДП-структуре, соединенной последовательно с индуктивностью, в зависимости от различных факторов — температуры образца, уровня освещенности, у-облучения, а также свойств МДП-структуры—типа подложки, материала диэлектрика.

4. Теоретическое обоснование возможности определения параметров границы раздела диэлектрик-полупроводник на основе анализа нелинейных колебательных режимов в системах с МДП-структурой.

Научная новизна.

Проведено целенаправленное исследование электронных процессов, ответственных за установление поверхностно-барьерной неустойчивости тока в МДП-п+-р-структуре. Исследованы динамические характеристики МДП-п+-р-структур в режиме генерации релаксационных колебаний—частоты и амплитуды колебаний в зависимости от напряжения смещения, температуры, освещенности образца.

Впервые обнаружен и исследован эффект возбуждения нелинейных

колебаний в МДП-структуре с п+-р-переходом в подложке при приложении переменного напряжения, что проявляется как возникновение в спектре мощности субгармоник частоты, кратной частоте внешнего напряжения.

Экспериментально обнаружена и теоретически объяснена связь между возникновением колебательных режимов и соотношением скоростей эмиссии, захвата электронов поверхностными состояниями и скоростью накопления инжектированных п+-р-переходом дырок на поверхности кремния.

Предложена модель, объясняющая возникновение нелинейных колебаний в МДП-п+-р-структуре как результат инерционности процесса перезарядки поверхностных состояний в переменном поле при периодической модуляции высоты барьера кремний-ОРЗЭ.

Экспериментально обнаружено и исследовано возникновение нелинейных колебаний в МДП-структуре с различными диэлектриками и типами подложек, последовательно соединенной с индуктивностью, при внешнем периодическом воздействии в широком диапазоне освещенностей, температур, после у-облучения. На основе анализа диаграмм колебательных режимов и сведений об электронных процессах структуре, полученных с помощью вольт-амперных (ВАХ), вольт-фарадных (ВФХ), вольт-сименсных (ВСХ), переходных характеристик, метода релаксационной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ), показано, что особенности генерации нелинейных колебаний обусловлены участием в процессе релаксации заряда на границе раздела диэлектрик-полупроводник поверхностных состояний, имеющих различное распределение по энергии и временам релаксации.

Практическая значимость.

В настоящей работе основное внимание уделялось исследованию структур кремний-диэлектрик, широко применяемых в современном полупроводниковом приборостроении. Изучение особенностей формирования динамической неоднородности заряда, приводящей к появлению токовых неустойчивостей — переключения, генерации периодических и хаотических колебаний, важно при использовании МДП-структур в качестве таких элементов твердотельной электроники, как би- и мультистабильный триггер, релаксационный генератор с параметрическим управлением, компаратор.

Показана возможность оценки соотношения скоростей процессов захвата, эмиссии электронов поверхностными состояниями (ПС) и накопления необходимой для установления ПБНТ концентрации дырок в поверхностно-барьерном переходе

на основе построения модели, адекватно описывающей экспериментально наблюдаемые нелинейные эффекты. Значимость такого подхода следует из того, что при приложении переменного напряжения достаточно большой амплитуды внешнего напряжения приповерхностная область пространственного заряда (ОПЗ) находится в термодинамически неравновесных условиях, когда прямые измерения параметров границы раздела диэлектрик-полупроводник методами, основанными на малосигнальном приближении, неприменимы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Различие времен переходного процесса до и после переключения МДП-структуры с многослойной подложкой обусловлено сменой механизма релаксации заряда. До переключения время релаксационного процесса определяется рекомбинацией и захватом на поверхностные состояния, после переключения — переносом дырок, туннелирующих через диэлектрический слой.

2. Экспериментально установленная немонотонная зависимость амплитуды релаксационных колебаний в МДП-п+-р-структуре от напряжения смещения объясняется уменьшением объемного времени жизни неосновных носителей заряда вследствие увеличения скорости рекомбинации в условиях инверсии в приповерхностной п+-области.

3. Основным фактором, определяющим возникновение нелинейных колебаний в МДП-структуре, является зависимость эффективного времени релаксации неравновесных носителей заряда от параметров поверхностных состояний—их энергетического положения, плотности, сечений захвата.

Эффект деления частоты, то есть появление колебаний тока в образце с частотой /=//п, где /() - частота приложенного гармонического напряжения, п =1,2,3..., обнаруженный в МДП-п+-р-структуре, обусловлен частотной зависимостью скорости процесса перезарядки поверхностных состояний. Колебательные режимы возникают при частотах приложенного напряжения, сравнимых с периодом собственных релаксационных колебаний, и обусловлены "затягиванием" процесса накопления концентрации дырок на поверхности кремния, необходимой для заполнения поверхностных состояний и установления положительной обратной связи по току.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на Конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Саратов, 1996), Российской

конференции "Проблемы фундаментальной физики"(Саратов, 1996), Международной научно-технической конференции "Диэлектрики-97" (Санкт-Петербург, 1997), International Specialist Workshop"Nonlinear Dynamics of Electronic System", NDES-97 (Moscow, 1997), International Specialist Workshop"Nonlinear Dynamics ofElectronic System", NDES-98 (Hungary, Budapest, 1998)

Личный вклад соискателя. Тема и направление исследований предложены автором. Автором самостоятельно выполнены представленные в диссертационной работе экспериментальные исследования, создание модели, а также проведен анализ результатов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, перечисленных в конце автореферата.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, содержит 112 страниц машинописного текста, 50 рисунков, 3 таблицы, в списке литературы 117 наименований. Общий объем диссертации 156 с.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во Введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, поставлена цель, сформулированы основные задачи исследований и перечислены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава носит обзорный характер и содержит критический анализ литературных данных по вопросу особенностей физических процессов в МДП-структурах с р-п-переходом в подложке, приводящих к явлениям неустойчивости, бистабильности, генерации колебаний, а также процессов накопления заряда в диэлектрических пленках при воздействии у-облучения. Кратко рассмотрены результаты исследований нелинейных колебаний тока в полупроводниковых материалах и структурах. Приведенные литературные сведения были использованы при выборе методики исследования и при обсуждении полученных результатов. Из проведенного литературного анализа следует, что многочисленные исследования статических характеристик МДП-структур с различными окисными слоями и типами подложек (однородно легированная и содержащая р-п-переходы) позволили накопить достаточную информацию об электронных процессах на поверхности полупроводника. Предложены методы определения параметров границы раздела (ГР) диэлектрик-полупроводник (ДП) на основе исследования ВАХ с участком ОДС и релаксационных колебаний. Описано несколько моделей механизма

возникновения положительной обратной связи по току. Рассмотрено влияние внешних воздействий (освещенности, температуры и др.) на условия формирования поверхностно-барьерной неустойчивости тока в МДП-структуре с р-п-переходом. Однако данные о влиянии у-облучения на параметры МДП-структур с ОРЗЭ малочисленны и не позволяют установить влияние генерации радиационных дефектов на статические и динамические характеристики.

Анализ литературных данных показал, что в полупроводнике под влиянием внешних воздействий протекают неравновесные процессы, приводящие к возникновению токовых неустойчивостей, периодических и хаотических колебаний. Наиболее полно в литературе представлены данные об исследованиях нелинейных колебаний в полупроводниковых материалах ОаАз, Ое, ШБЬ. Сведения о возбуждении нелинейных колебаний тока и напряжения в МДП-структурах и влиянии на их параметры внешних воздействий практически отсутствуют. Ограниченное число работ посвящено влиянию свойств границы раздела ДП и диэлектрика на динамические характеристики МДП-п-р-структур. В связи с этим представляется важным исследовать условия возбуждения колебаний в МДП-структуре, как периодических, возникающих при приложении постоянного смещения, так и сложных нелинейных колебаний, возникающих при приложении гармонического напряженя.

Вторая глава посвящена изложению основных технологических принципов создания образцов и методике измерения их параметров и характеристик. При получения МДП-структур использовались промышленные пластины монокристаллического кремния п- и р-типа с удельным сопротивлением от 1 Ом-см до 1.5 Ом-см и 5 Ом-см, толщина пластин составляла 300 мкм. На полированной до 14 класса стороне пластин создавался окисел, на шлифованной стороне - омический контакт. При изготовлении переключательных структур использовались кремниевые пластины с электронно-дырочным переходом в подложке. Полупроводниковая подложка имела эпитаксиальный слой п-типа проводимости с удельным сопротивлением 0.8 Ом-см, полученный на кремнии р-типа проводимости с удельным сопротивлением 10 Ом-см, толщиной 250 мкм. При изготовлении МДП-структур с двумя переходами в подложке использовались эпитаксиальные кремниевые структуры с диффузионным п" -слоем с удельным сопротивлением 10 Ом-см и толщиной 0.3 мкм, полученным диффузией бора в кремний р-типа Получение окисных пленок редкоземельных элементов

осуществлялось термическим испарением металлических пленок этих элементов в вакууме с последующим окислением.

Основные исследования электрофизических свойств М ДП-структур были проведены с помощью измерений ВАХ, ВФХ, ВСХ и переходных характеристик. Кроме того, с целью изучения генерационно-рекомбинационной активности поверхностных состояний были проведены измерения сечений захвата поверхностных состояний методом релаксационной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ) для МДП-структур с различными диэлектриками. Комплексное измерение ВФХ, ВСХ, РСГУ-спектров проводилось на измерительном комплексе ОЬБ-82, используемом для определения параметров ловушек.

Нелинейные колебания тока исследовались как в цепи, содержащей последовательно соединенные индуктивность, сопротивление, МДП-структуру, так и в цепи, содержащей только сопротивление нагрузки и исследуемый образец. Измерения в этих двух случаях проводились с использованием схемы для наблюдения динамической вольт-амперной характеристики: напряжение снималось с МДП-структуры, току соответствовало падение напряжения на резисторе.

Наблюдение, исследование и регистрация сигналов тока и напряжения на М ДП-структуре в диапазоне частот до 25 кГц проводилось с помощью программно-аппаратного комплекса на основе ПЭВМ"Электроника" и АЦП со следующими параметрами: разрядность -12, тактовая частота 100 кГц, частота дискретизации 50 кГц (20 мкс на полный цикл), позволяющего определять временные и амплитудные характеристики сигнала.

В третьей главе представлены результаты исследования статических вольт-амперных, вольт-фарадных характеристик МДП-структур с ОРЗЭ и различными типами подложек: п-, п+-р-, п+-п"-р-81, а также переходных характеристик этих структрур. Анализ основных электрофизических характеристик М ДП структур с ОРЗЭ показал, что в области полей Е> 105 В/см и температур Т=300-150 К для окислов Ь^Оз, "П^Оз, всЬОз доминирующим является механизм Пула-Френкеля. С понижением температуры становится существенным влияние барьеров металл-диэлектрик и диэлектрик-полупроводник, и преобладающими становятся гуннелирование и эмиссия Шоттки. Смена барьерного механизма проводимости на инжекционный при освещении также указывают на сложный характер проводимости в исследуемых образцах. Полученные данные измерений ВАХ подтверждаются расчетами наклона прямолинейных участков кривых в

предположении справедливости механизма Пула-Френкеля или Шоттки, значений энергии активации процесса токопереноса.

Показано, что установление положительной обратной связи по току в МДП-гГ-п'-р-структуре определяется конкуренцией процессов инжекции из п -р-перехода и аккумуляции у п+-п-перехода, что подтверждается расчетом ВАХ п+-п"-р-струкгуры. Выявлена доминирующая роль инжектирующего дырки р-слоя во взаимодействующих между собой слоях, различные причины, определяющие времена релаксации до и после переключения. Полученные данные измерений времени переходного процесса до и после переключения, равные соответственно 1П= 10-12 мкс и 1п=50-60 мкс свидетельствуют о смене механизма релаксации при переключении. Переходной процесс до переключения определяется релаксацией заряда вследствие рекомбинации и захвата на поверхностные состояния, а после переключения зависит от механизма переноса дырок через диэлектрик. Показано, что время переходного процесса ^ зависит от начального изгиба зон на поверхности полупроводника. Обедняющий изгиб зон в образцах с ТЬ203 приводит к уменьшению длительности переходного процесса.

В четвертой главе изложены результаты исследования генерации релаксационных колебаний тока и емкости в МДП-п+-р-структуре. Рассматриваемые колебания являются следствием поверхностно-барьерной неустойчивости, возникающей при модуляции высоты поверхностного потенциального барьера током эмиссии электронов с ПС, зависящим от концентрации в приповерхностной области полупроводника дырок, инжектированных п+-р-переходом.

Обнаружено, что использование окисла ТЬ203, реализующего начальный обедняющий изгиб зон на поверхности полупроводника, приводит к появлению максимума на зависимости амплитуды собственных релаксационных колебаний от напряжения на полевом электроде. Наличие максимума объясняется усилением влияния рекомбинации в приповерхностной ОПЗ при достаточно высоких уровнях инжекции дырок из п+-р-перехода, и уменьшением вследствие этого объемного времени жизни дырок по сравнению с перезарядки ПС. Данная ситуация наблюдается при величинах заряда на ПС, сравнимых с зарядом накопленных неосновных носителей, необходимым для установления положительной обратной связи по току.

На основании экспериментально определенных температурной зависимости периода и длительности релаксационного всплеска определено энергетическое

положение поверхностных состояний Е(. Для образцов с окислом получено шачение Е=0.38-0.46 эВ при Т=77-200 К в диапазоне изменения периода колебаний эт 10"3до 10"5с. Плотность поверхностных состояний определенная по величине гистерезиса высокочастотных ВФХ для 12 исследуемых образцов составляла '0.2 - 4.6)1012 эВ"'см"2. Для образцов с ТЬ203 концентрация ПС имеет максимум N =0.5 10п эВ"1 см'2при Е=0.2-0.26 эВ от дна зоны проводимости.

Экспериментально обнаружено и теоретически объяснено появление :ложных нелинейных колебаний в МДП-п+-р-структуре при приложении гармонического напряжения. Показано, что сложные колебательные режимы зозникают при частотах внешнего воздействия, сравнимых с периодом собственных релаксационных колебаний, и их появление обусловлено "затягиванием" накопления концентрации дырок р5, необходимой для заполнения ПС и /становления положительной обратной связи по току.

В пятой главе изложены результаты исследования особенностей генерационной активности поверхностных состояний границы раздела 81-ОРЗЭ с использованием метода РСГУ и возбуждения нелинейных колебаний тока в неавтономном ЛЬ-контуре с МДП-структурой. Эти исследования позволили обнаружить ранее неизвестные связи между плотностью ПС, их сечение м захвата, глубиной залегания, и условиями генерации нелинейных колебаний. Так, для структур с окислом Ьи,03 на границе раздела ДП обнаружено наличие глубоких юверхностных центров вблизи середины запрещенной зоны, дающих :ущественный вклад в РСГУ-сигнал при высоких температурах Т=310-340 К. Эбнаружена генерация нелинейных колебаний в температурном диапазоне Т=77-540К в МДП-структурах с окислом Ьи203,связанная с отсутствием равновесного (аполнения ПС с понижением температуры, что приводит к включению в обмен (арядом ПС из более широкого интервала энергий, характеризующихся более цироким набором времен релаксации, и допускает возможность перераспределения :аряда в ЯЬ-цепи в условиях переменного поля при низких температурах.

Для границы раздела 5ьСс1203 характерно наличие ПС в верхней половине ;апрещеннойзоны с малыми сечениями захвата сгп=2.8 10"18 -1.2 10",7см"2 в штервале энергий Е( =0.27-0.16 эВ от дна зоны проводимости, что обуславливает 'величение отрицательного заряда ПС с понижением температуры и появление шверсии при обедняющих значениях поверхностного потенциала. Понижение емпературы приводит к переходу к колебаниям с меньшим периодом пТ , п=2.

Хаотические колебания не возникают ниже Т=170-190 К во всем диапазоне значений частоты и амплитуды приложенного напряжения. Такой характер температурных изменений диаграмм режимов можно связать с возникновением отрицательного заряда ПС при этих температурах, что вызывает рекомбинацию электронов с неосновными носителями в условиях инверсии, приводя к установлению исходного зарядового состояния в течение одного периода внешнего воздействия.

Исследование влияния освещения на возникновение нелинейных колебаний в ИЬ-цепи с МДП-структурой с окислом ТЬ203 позволило подтвердить наличие на границе 8ьТЬ203 поверхностных центров донорной природы, времена релаксации которых составляют (1.2-5-1.6)10"бс.Обнаружена возможность оптического управления переключением колебательных режимов в МДП-п+-р-структуре, включенной в ЛЬ-цепь, что обусловлено дрейфом к затвору фотогенерированных носителей в эпитаксиальном слое. Получено возрастание интегральной фоточувствительности структуры от 5 до 20 мВ/лк с ростом частоты внешнего напряжения / от 800 до 1000 кГц, связанное с доминирующей ролью фотогенерированных носителей с увеличением частоты приложенного напряжения.

Исследование влияния облучения показало, что радиационные дефекты в диэлектрике влияют на время накопления дырок, инжектированных п+-р-переходом, на границе раздела ДП и их прохождения через диэлектрик, изменяя такие параметры, как напряжение переключения и время переходного процесса после поляризации структуры импульсом напряжения. Немонотонная зависимость этих параметров от дозы облучения дает возможность предположить, что существенную роль в образовании объемного заряда при облучении играют глубокие уровни в диэлектрике и диффузия примесей в диэлектрик.

ВЫВОДЫ.

На основании результатов исследования статических и динамических характеристик МДП-структур и влияния на них температуры, освещенности, у-облучения можно заключить, что основным фактором, определяющим и сопровождающим возникновение нелинейных колебаний в ЛЬ-цепи с МДП-структурой, является зависимость эффективного времени релаксации неравновесных носителей в МДП-структуре от параметров поверхностных ловушек (энергии, плотности и сечения захвата), а также величины встроенного заряда в окисле.

1. На основании анализа экспериментально исследованных электрофизических характеристик МДП-структур с ОРЗЭ и неоднородно тегированной подложкой показано, что в области полей Е>105 В/см и температур Г=300-150 К в пленках ОРЗЭ доминирующим механизмом токопереноса является механизм Пула-Френкеля. С понижением температуры преобладающим становится эарьерный механизм, что подтверждается расчетами наклона ВАХ в координатах "ln(I/V)—V V", "ln(I)—V V"n определением энергии активации процесса гокопереноса.

2. При исследовании переходных характеристик МДП-структур с многослойной подложкой установлены следующие особенности. Различие времен релаксации до и после переключения тока на ВАХ обусловлено сменой механизма релаксации. До переключения механизм релаксации определяется рекомбинацией и захватом носителей на ПС. После переключения переходный процесс зависит от переноса дырок, туннелирующих через диэлектрической слой.

3. Установлено влияние поверхностного барьера на границе полупроводник- диэлектрик на время переходного процесса в МДП-п+-р-структуре. Показано, что отрицательный встроенный заряд в диэлектрике ТЬ203, создающий начальное состояние обеднения полупроводника n-типа, приводит к уменьшению времени переходного процесса т как до, так и после переключения в МДП-п+-р-лруктуре, т«10 мкс±2мкс, в то время как в образцах Al-Dy203-Si-n+-p т~ 35 мкс ¿5мкс. В МДП-п+-п" -р-структуре в процессе релаксации главную роль играют эбъемные п"-р- и п+-п" -переходы, и доминирующим становится вклад инжектирующего дырки р-слоя.

4. Показано, что в МДП-п+-р-структуре с нетуннельным механизмом переноса заряда через диэлектрик возможно возникновение низкочастотных релаксационных колебаний. Амплитуда колебаний, частота и температурный диапазон их существования зависят от глубины залегания ПС и степени их шюлнения. На основании результатов измерения температурной зависимости периода колебаний определен интервал энергий Е = 0.38-0.46 эВ в образцах с экислом Lu203, совпадающий с измерениями Е( методом релаксационной :пектроскопии глубоких уровней. В образцах с окислом ТЬ20? плотность ПС доставляла Nss=0.5 10'1 эВ"'см"2при Е=0.2-0.26 эВ от дна зоны проводимости.

5. Исследованы колебания тока в МДП-п+-р-структуре: генерация периодических релаксационных колебаний и эффект деления частоты при наличии

внешнего воздействия. Установлено, что доминирующим фактором, определяющим поверхностно-барьерную неустойчивость в этих образцах, является динамический баланс между накоплением заряда и его утечкой через диэлектрик с участием ПС.

6. В результате проведенных исследований явления поверхностно-барьерной неустойчивости в МДП-п+-р-структуре во внешнем переменном поле показано, что в области диапазона частот/^ = 20-400 кГц наблюдаются колебания с частотой, кратной частоте переменного внешнего сигнала/=fjn, где п = I, 2, 3.., и непериодические колебания, обусловленные инерционностью перезарядки в переменном поле. Наличие определенного сценария смены колебательных режимов и/о^п ' fo^(n ' fj(n-2y\ проявляющегося для образцов с различными диэлектриками, говорит о том, что времена взаимодействия заряда ПС с зонами (времена релаксации) должны быть сравнимы с периодом внешнего воздействия, что позволило наблюдать в эксперименте последовательность добавления периода.

7. При исследовании влияния температуры, освещения, у-облучения на структуру разбиения диаграмм колебательных режимов на области существования различных типов колебаний, возникающих в МДП-структуре, установлено, что основным фактором, определяющим и сопровождающим возникновение нелинейных колебаний, является зависимость эффективного времени релаксации неравновесных носителей заряда от параметров поверхностных состояний (энергии, плотности, сечений захвата) и величины встроенного в диэлектрик заряда.

8. Показано, что результаты исследования поверхностно-барьерной неустойчивости в МДП-п+-р-структуре дают возможность решения обратной задачи —определения параметров границы раздела диэлектрик-полупроводник, влияющих на эффективное время релаксации неравновесных носителей заряда, на основе анализа колебательных режимов, реализуемых в МДП-п+-р-структуре.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. A.M.Sverdlova, Y.G.Fedorenko. Nonequilibrium processes in MIS-strucrure connected with RL-circuit. - International School-Conference on Physical problems in Material Science of Semiconductor. PPMSS'95, Sept. 1 lth-16th, 1995, Chernivtsi, Ukraine, p.223

2. Коляда А.Д., Отавина JI.A., Свердлова A.M., Федоренко Я.Г. Переходнве характеристики МДП-структур с неоднородно легированной подложкой,-

Поверхность. Фих.Хим.Мех. 1995. №7-8. с.87-190.

3. Федоренко Я.Г., Мантуров А.О. Генерация сложнопериодических колебаний в системе МДП-структура—индуктивность—сопротивление". — Тез. докл. Конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения", Саратов, 10-12 сент. 1996, с. 19-20.

4. Федоренко Я.Г., Свердлова A.M., Мантуров А.О. Влияние процессов генерации-рекомбинации в МДП-структуре на возбуждение колебаний в неавтономной системе МДП-структура-индуктивность-сопротивление. — Тез.докл. Российскойконф."Проблемы фундаментальной физики", Саратов, 7-12 окт. 1996, :.237

5. Свердлова A.M., Мантуров А.О., Федоренко Я.Г. Исследование колебательных режимов в МДП-структуре при внешнем периодическом воздействии. - ФТП. т. 30. В. 12, с. 2143-2148.

5. Кабанов В.Ф., Отавина Л.А., Свердлова A.M., Федоренко Я.Г. Электрофизические свойства пленок оксидов редкоземельных элементов в МДП-:труктуре. - Сб. докл. Всероссийская конф. "Химия твердого тела и новые материалы", Екатеринбург, 1996, т.2, с. 184.

7. Федоренко Я.Г., Отавина Л.А, Леденева Е.В., Свердлова A.M. Влияние эадиационного воздействия на характеристики МДП-структур с окислами эедкоземельных элементов. — ФТП. 1997. Т.31. в.7. с.885 -888. 3. Свердлова A.M., Кабанов В.Ф. Федоренко Я.Г., Отавина Л.А., Мантуров А.О. Электронные процессы в пленках окислов редкоземельных элементов. — Гез.докл. Международной научно-технической конф. "Диэлектрики-97", С.-Пб., 1997, с.54-55.

Manturov А.О., Fedorenko Ya. G. Nonlinear Behavior in the Metal-Insolator-Semiconductor Switcher (MISS). — Proceedings of 5th International Specialist Workshop "Nonlinear Dynamics of Electronic System", NDES"97, Moscow, p.475-779.

10. Федоренко Я.Г., Свердлова A.M. Релаксационные колебания тока и емкости в МДП-п+-р-структуре с окислами редкоземельных элементов в качестве тэлектрика. Поверхность. Физ. Хим. Мех., 1998, №12.

11. Fedorenko Y.G., Baybyrin V.B., Manturov А.О. Features ofnonlinear oscillations in vllS-structure connected with a driven RL-circuit. — Proceedings of 6th International specialist Workshop "Nonlinear Dynamics of Electronic System", NDES"98, July 1618, 1998, Budapest, Hungary (в печати).

Подписано к печати 09.09.1998. Формат60х84 1/16. Тираж 100 экз. Бумага офсетная. ООО "Софит-принт", закз№ 10998-123. 410000, Саратов, улюЧернышевского 153.