Квантовые проводимости квазидвумерных электронных систем с сильным флуктуационным потенциалом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

БАКАУШИН Дмитрий Александрович

СВАНТОВАНИЕ ПРОВОДИМОСТИ КВАЗИДВУМЕРНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ С СИЛЬНЫМ ФЛУКТУАЦИОННЫМ ПОТЕНЦИАЛОМ

01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Фрязино -1998

Работа выполнена в Институте Радиотехники и Электроники РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

с. н. с. А.С. Веденеев

Научный консультант: кандидат физико- математических наук,

с. н. с. В.В. Рыльков

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

проф. В.А.Гергель

кандидат физико- математических наук, с. н. с. А.Б.Пашковский

Ведущая организация: Московский Государственный Университет

им. Ломоносова, физический факультет

Защита диссертации состоится 2Яшсня. 1998 г. в часов на заседании диссертационного совета К.200.57.01 в Институте радиотехники и электроники РАН по адресу: 141120, г. Фрязино, Московская область, пл Введенского, д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ РАН. Автореферат разослан

мая 1998 г.

Учёный секретарь Специализированного совета кандидат физико-математических наук

И.И.Чусов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Квазидвумерные (квази-2Б) электронные системы на базе структур металл-изолятор-полупроводник, проводимость которых управляется поперечным электрическим полем, по своей природе частично разупорядочены из-за присутствия встроенных зарядов вблизи квази-2Б канала (примесей, ловушек, дефектов и др). Статистические флуктуации локальной плотности этих зарядов индуцируют хаотический потенциальный рельеф поверхности полупроводника - флуктуационный потенциал (ФП), оказывающий существенное влияние на электронные характеристики систем [1]. С другой стороны, полупроводниковая микроэлектроника, развивающаяся по пути уменьшения размеров активных элементов, ориентирована на использование полупроводников с высоким содержанием легирующих примесей. Так, в легированных слоях короткока-нальных транзисторов на основе ваАв и она достигает величин см (СаАв-АЮаАв структуры типа НЕМТ, с дельта-легированием и др.). В объектах такого рода, являющихся по сути разупорядоченными контролируемо, эффекты ФП оказываются существенными даже при комнатных температурах. В первую очередь, это - локализация квази-20 электронов в минимумах хаотического потенциального рельефа [2]. Кроме того, вследствие экспоненциального разброса локальной концентрации электронов в условиях сильного ФП ожидается, что проводимость таких разу-порядоченных систем может иметь перколяционный характер [3].

Наличие в перколяционных системах конечного пространственного масштаба самоусреднения сопротивления приводит к мезоскопическим явлениям в образцах с размерами, соизмеримыми с радиусом корреляции перколяционного кластера Ьс [3, 4]. Эффекты мезоскопики, хорошо изученные на примере прыжковой проводимости [5], практически не рассмат-

ривались в разупорядоченных квази-20 системах с сильным ФП, где, как представляется, они могут играть определяющую роль.

Специфика рассматриваемых систем заключается в возможности изменения в широких пределах концентрации 20 электронов, осуществляющих экранирование ФП, и, тем самым, изменение его амплитуды. Считается, что в 20 системах переход к сильному ФП (т.е. к перколя-ционному режиму проводимости) под действием эффекта поля не вызывает существенного изменения их электропроводности [6]. Между тем недавно было обнаружено [7] квантование проводимости короткоканальных транзисторов при гелиевых температурах, что свидетельствует о кардинальном изменении характера электронного переноса в условиях сильного ФП, в частности, о переходе к квазиодномерному транспорту электронов.

Таким образом, вопрос о реальном характере поведения кинетических характеристик систем с сильным ФП до сих пор остаётся открытым, особенно в случае структур малых размеров. Этим обусловлен научный интерес к изучению механизмов проявления ФП в объектах пониженной размерности, актуальных для практического использования.

Целью настоящей работы является изучение особенностей электронных свойств квазидвумерных систем, обусловленных их конечными размерами и сильным флуктуационным потенциалом.

В этой связи поставлены и решены следующие задачи: - создана компьютеризованная установка для исследования электронных характеристик проводящих каналов на поверхности полупроводников с использованием комбинации методов эффекта поля, эффекта Холла и магнетосопротивлсния;

-5- в 81-МНОП структурах с большими размерами полевого электрода

гсследовано поведение электропроводности, холловской подвижности и

>ффективной плотности пограничных состояний в условиях перехода к

юрколяционному режиму проводимости по мере усиления ФП;

- изучены мезоскопические явления в проводимости и спектре эффективной плотности пограничных состояний короткоканальных полевых ранзисторов (ЗьМНОП, ОаАз-АЮаАв НЕМТ и ваАз-Ш Ш) с высокой :онцентрацией встроенных зарядов в подзатворном диэлектрике;

- проведены численные эксперименты по моделированию двумер-[ых перколяционных систем конечных размеров, в результате которых:

- выявлены факторы, контролирующие положение уровня протекания в короткоканальных объектах;

- определены функция распределения и характерные пространственные масштабы седдовых областей хаотического потенциального рельефа, что позволило обосновать возможность квантования проводимости короткоканальных структур с сильным ФП при относительно высоких температурах.

Научная новизна. Показано, что при переходе под действием эф-1екта поля от слабо разупорядоченной квази-2Б системы к сильно разупо-ядоченной, её проводимость приобретает перколяционный квантовый вазиодномерный характер. Это приводит к исчезновению эффекта Холла ри значениях электропроводности канала о < е2¡к и появлению харак-грных особенностей зависимостей проводимости Б короткоканальных груктур от потенциала затвора и эффективной плотности мелких локали->ванных состояний при значениях С » е2//г.

Получены оценки радиуса корреляции перколяционного кластера,

определяющего пространственный масштаб самоусреднения сопротивления объектов. Показано, что реальные полевые транзисторы с длиной затвора < 5 мкм являются мезоскопическими объектами в широкой (несколько вольт) области изменения потенциала полевого электрода вблизи порога проводимости.

В короткоканальных транзисторах с сильным ФП обнаружен дополнительный порог проводимости, обусловленный переносом носителей заряда по одиночным перколяционным путям, имеющим пониженный уровень протекания. В этой ситуации проводимость образца в целом определяется одиночной (наиболее высокоомной) перевальной областью наиболее низкоомного пути протекания и составляет » е2//г на един электрон.

Практическая ценность. Полученные сведения о механизмах формирования проводящих каналов полевых транзисторов с высокой концентрацией встроенных зарядов в подзатворном диэлектрике, а также о характерных масштабах электрической неоднородности объектов важны при решении задач надёжности, моделирования и повышения процента выхода годных СБИС и СВЧ транзисторов.

Обнаруженные особенности кривых эффекта поля при значениях проводимости канала С«е2//г свидетельствуют о принципиальной возможности создания нового класса короткоканальных транзисторов на основе электронных систем пониженной размерности с сильным ФП, обладающих квантовой проводимостью при относительно высоких температурах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В транзисторных системах типа металл-диэлектрик-юлупроводних с высокой концентрацией встроенных зарядов в подза-ворном диэлектрике (п1 >1012 см'2) зависимость э.д.с. Холла от потен-(иала полевого электрода при относительно высоких температурах Г = 77-300 К) имеет пороговый характер. Порог исчезновения эффекта Солла соответствует конечной величине электропроводности квази-20 :анала (ст~ ег/И).

2. Структуры длиной {Ь ~ 1 мкм) порядка радиуса корреляции пер-:оляционного кластера и шириной (IV ~ 100 мкм), существенно его пре-¡ышающей, имеют по сравнению с аналогичными структурами больших дамеров пониженный уровень протекания и более низкую концентрацию юкализованных флуктуационных состояний на границе раздела полупро-юдник-диэлектрик.

3. Проводимость разупорядоченных систем контролируегся седло-ыми областями хаотического потенциального рельефа; при определён-[ых значениях концентрации встроенных зарядов и расстояния между их шоскостью и квази-2Б каналом она приобретает квантовый квазиодно-1ерный характер.

4. Увеличение в режиме эффекта поля концентрации электронов в :анале структур с малой длиной затвора, сопровождающееся ослаблением Е>П, трансформирует перколяционную систему из квази-Ш в слабо разу-юрядоченную 20 среду. Это приводит к возникновению в области пере-:ода характерной особенности на зависимостях проводимости канала С7 1Т потенциала затвора - квази-плато при значениях <7~ е2/Л в интервалах

изменения температуры 77-300 К, концентрации встроенного заряд 10,2-1013 см"2 и отношения ширины канала к его длине W /L = 10-100.

Апробация работы. Основные результаты диссертации доклады вались на Международных конференциях NANOSTRUCTURES: Physic and Technology (St. Petersburg, 1996, 1997), 7-th International Conference oi Hopping Phenomena (Rackeve, Hungary, 1997), III Российской конференцш no физике полупроводников (Москва, 1997), Всероссийском совещани) "Наноструктуры на основе кремния и германия" (Н.Новгород, 1998) и се минарах ИРЭ РАН, МГУ им. Ломоносова, ФТИ им. Иоффе PAI (г.С-Петербург), ИГГГМ РАН (г.Черноголовка) и ИМФ PHL "Курчатовский Институт".

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 9 печат ных работ. Список трудов приведён в конце автореферата.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введе ния, пяти глав и заключения. Её объём составляют 76 страниц текста, 32 рисунка и список литературы из 83 наименований. Полный объём диссертации 120 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цель работы, её новизна и практическая значимость. Охарактеризовано распределение материала по главам.

Первая глава содержит обзор теоретических и экспериментальных эабот, посвященных исследованию эффектов флуктуационного потенциа-1а (ФП), перколядионных и мезоскопических явлений. Представления о 1рироде ФП и его проявлениях рассмотрены в разделе 1.1. В МДП структурах на основе слабо легированных полупроводников амплитуда ФП, ин-1уцируемого хаотическим ансамблем встроенных зарядов, 8ф = Д-/г, где ^ = |е2/к| -д/ли, - характерный энергетический масштаб, и, - поверхност-

ш

концентрация встроенных зарядов, р = \гУг{\ + Я? - фактор экра-

шрования, г0 - среднее расстояние между плоскостью встроенных заря-юв и поверхностью полупроводника, Л$ - радиус экранирования. Силь-1ый ФП (Д » кТ) кардинально изменяет электронные свойства системы, в 1ервую очередь - за счёт локализации электронов в минимумах хаотиче-;кого потенциального рельефа. В запрещённой зоне полупроводника фор-шруются локализованные состояния, эффективная плотность которых кспоненциально нарастает при уменьшении расстояния между уровнем Е>ерми и дном зоны проводимости: Л^ = <Ц/<1ф5 = п3/2А ос ехр(еф5/2Д ). 1ри этом проводимость образца определяют носители заряда, термоакти-;ируемые на уровень протекания [2].

В разделе 1.2 на примере сильно разупорядоченных квази-20 систем 1ассмотрены явления перколяционной проводимости. Радиус корреляции ,с перколяционного кластера определяет пространственный масштаб са-юусреднения их проводимости. Образцы с размерами, соизмеримыми с -„ оказываются мезоскопическими, что обусловливает флуктуации сопро-ивления от образца к образцу (тем сильнее, чем меньше размеры). Отмелется, что основные эксперименты выполнены в режиме прыжковой про-

водимости по примесям [5] (раздел 1.3). Также рассмотрены работы, посвященные изучению квантования проводимости искусственно созданных микросужений. Они относятся к области низких (гелиевых) температур, что связано с технологическими ограничениями изготовления образцов с малой (~ 100 А) шириной. Отмечена работа [7], в которой квантование проводимости было обнаружено в короткоканальных транзисторах в условиях баллистического переноса электронов в сильном ФП при гелиевых температурах.

Во второй главе описан экспериментально-методический аппарат исследований электронных характеристик полупроводниковых квази-20 структур транзисторного типа.

В разделе 2.1 описана методика, основанная на сочетании гальваномагнитных методов с методом эффекта поля. Эта комбинация эффективна при исследовании электронных свойств границы раздела полупроводник -диэлектрик, в частности, - при определении эффективной плотности мелких пограничных состояний в транзисторных структурах:

где С0 - удельная подзатворная ёмкость, ис - концентрация свободных электронов, определяющих проводимость канала С ее ецис, ц - их подвижность. Параметры ц и пс определяются из измерений гальваномагнитных эффектов (Холла и магнетосопротивления).

В разделе 2.2 описана методика измерений гальваномагнитных эффектов в конфигурации эффекта поля. Для регистрации малых сигналов (силы тока 1л.и э.д.с. Холла Ун) на фоне помех используются методы

дофровой фильтрации [8], реализующие принцип определения непосредственно проводимости С = 1Л/УЛ и коэффициента Холла Ян к УН/1Л, которые не подвержены влиянию низкочастотных флуктуаций. Метод геометрического магнетосопротивления используется в случаях, когда конфигурация образцов не позволяет осуществить зондовые измерения (в гранзисторах с малой длиной затвора).

В разделе 2.3 описана компьютеризованная установка и особенности гё измерительной части. Гальваномагнитные эксперименты выполняются з поле электромагнита 1 Тл). Система управления экспериментом, сбо-эа и обработки данных выполнена на базе ЮМ РС и интерфейсов в стандарте КАМАК. В качестве источников напряжения смещения полевого »лектрода К8 (-20 + +20 В) и цепи исток-сток Ул (-50 + +50 мВ) исполь-(уются 12-ти разрядные ЦАП. Образец подключается к измерительной си-ггеме через четырехканальный повторитель напряжения, собранный на ЭУ К544УД1А (входное сопротивление >1012 Ом). Напряжение между {олловскими зондами (1 мкВ - 10 мВ), истоком и стоком, а также ток в депи исток-сток (Ю-13 - 10"3 А) измеряются ЭЦВ Щ-300 и Щ-31. Темпера-гура образца в интервале 77-300 К задается и поддерживается (с точ-юстью не хуже 1%) цифровым терморегулятором. Основные характеристики измерительной системы:

- чувствительность по напряжению, В...............10"6

- чувствительность по току, А............................10"13

- коэффициент подавления помех, дБ................80.

В третьей главе представлены результаты исследований модельных объектов: ЗЬМНОП структур с инверсионным п-каналом; подзатворный диэлектрик - слои 813К4 и БЮг толщиной 350А и 30А соответственно.

Структуры обеспечивают возможность контролируемого изменения концентрации встроенного заряда (на ловушках в области границы БЮг^з^) посредством инжекции электронов, т.е. управление характеристиками ФП в условиях экспериментов.

В разделе 3.1 приведены результаты исследований эффекта поля в структурах с размерами Ь = 140 мкм и IV =20 мкм. Показано, что в интервале 77-300 К функция А^ изменяется с (7 по степенному закону. Величина и(» 2.5-1012 см*2, определённая по показателю степени (кТ/2А, А « 40 мэВ) совпадает с её оценкой, найденной по величине порогового напряжения, что отвечает представлениям [2] о проявлении сильного ФП (Д > кТ).

В разделе 3.2 показано, что эффект Холла в этих структурах имеет пороговый характер: при уменьшении Уъ холловская подвижность Цн резко спадает .при значениях электропроводности инверсионного канала ст ~ е2¡И (рис. 1а). Исчезновение эффекта Холла сопровождается возникновением мезоскопических флуктуаций зависимости напряжения между холловскими зондами Уу от Уе (рис.1б). Представлены соображения, связывающие порог эффекта Холла и флуктуаций Уу с переходом от проводимости слабо разупорядоченной 2Б системы к перколяционному переносу электронов в условиях сильного ФП. Получены оценки радиуса корреляции перколяционного кластера £с > 1 мкм.

МНОП структуры с длиной затвора Ь = 5 мкм ~ Ьс и шириной }¥= 50 мкм » ¿с исследуются в разделе 3.3. Кривые эффекта поля в этих структурах по характеру поведения качественно отличаются от аналогичных кривых для структур с большими размерами: в области слабой инверсии они обнаруживают квази-плато (рис.2), выраженное тем отчётливее,

Рис.1. а - холловская подвижность в функции от электропроводности канала при 77К; б - зависимость Уу1Ех от У% при различной полярности магнитного поля (Ех - продольное поле, Уу -напряжение на холловских зондах). Расхождение кривых 1 и 2 при Уе> 3.5 В обусловлено возникновением эффекта Холла.

О

10"' 10" 10" 10"! Ю-

ю-1 10'" 10"(

а)

[ Ф 4/ Г •' / / г / ¡¿г • ■ г Т=77 К

г О

0 2 4 6 8 101214 161820

V ,в

я'

10 10' 10

Ю"5 10"6 Ю"7

0 2 4 6 8 101214161820

V , в

Рис.2.

Кривые эффекта поля для длинного (пунктирные линии) и короткока-наяьного (сплошные линии) МНОГТ транзистора для Г = 77 К (а) и Т = 300 К (Ь) при различных значениях п, и 2.5-Ю12 см'2 (1, 2), 4.5-1012 см'2 (3), 5.3-1012 см"2 (4) и 6.5-1012 см'2 (5). Значения проводимости длинного транзистора приведены к проводимости короткока-напьного транзистора.

чем выше концентрация встроенных зарядов. Функция N„(0) в этих условиях имеет особенность в виде пика. Квази-плато и пик ./У„ наблюдаются при значениях (7 » е2/й, практически независимо от температуры (77 К-300 К) и концентрации встроенных зарядов (1012-10й см'2).

В четвёртой главе исследуются электронные свойства промышленных образцов короткоканальных транзисторов с сильным ФП различной природы.

Рассмотрены полевые транзисторы с инверсионным ¿»-каналом КП301Б в которых положительно заряженные ионы в слое Б¡СЬ были смещены к поверхности 81 посредством термополевого воздействия (раздел 4.1), а также ваАз транзисторы с субмикронной длиной затвора (селективно легированные СаАэ-АЮаАз НЕМТ с тонким (30А) спейсером и СаАБ транзисторы с управляющим барьером Шотгки) в которых ФП генерируют ионизированные доноры легированных слоев (раздел 4.2). Во всех рассмотренных структурах поверхностная концентрация встроенных зарядов (источников ФП) составляет «, ~1012 см'2, что соответствует величине Д « 15 мэВ, т.е. отвечает критерию сильного ФП при температурах жидкого азота. Установлено, что при Г » 77 К кривые эффекта поля и плотность пограничных состояний имеют особенности при С7 ~ е2//г, исчезающие при 300 К в условиях перехода от сильного ФП к слабому. Сделан вывод о том, что обнаруженные особенности электронных свойств характерны для короткоканальных объектов с сильным электростатическим ФП.

Пятая глава посвящена обсуждению качественной модели экспериментальных результатов глав 3 и 4.

-15В разделе 5.1 рассматривается структура перколяционного кластера.

ФП формирует на поверхности полупроводника низкоомные области с пониженным локальным потенциалом. Эти области, связанные между собой более высокоомными перевальными (седловыми) областями, образуют проводящие пути; совокупность которых составляет перколяционный кластер. При этом сопротивление каждого из путей (т.е. произвольной ячейки кластера с размером ~ Ьс), определяется наиболее высокоомной седловой областью, расположенной в интервале ~ кТ вблизи уровня протекания.

Для иллюстрации этой ситуации проведены численные эксперименты по моделированию ФП в плоскости электронного канала. Показано, что функция распределения ФП по энергии описывается гауссовой функцией. Несколько неожиданным оказался результат, состоящий в том, что функция распределения седловых областей практически совпадает с функцией распределения ФП, т.е. флуктуации энергетического положения сёдел и локального потенциала имеют одинаковый масштаб.

С использованием метода Монте-Карло показано, что электронный перенос в разупорядоченных системах с размерами ~ 1с « Ж осуществляется по наиболее низкоомным изолированным перколяционным путям (имеющим пониженный уровень протекания), проводимость которых лимитируют наиболее высокоомные перевальные области. В случае сильного ФП понижение перколяционного уровня приводит к уменьшению концентрации локализованных флуктуационных состояний на границе раздела полупроводник-диэлектрик. Выявлены условия, в которых в проводимости образца доминирует единственный перколяционный путь.

С увеличением эффект нелинейного экранирования ФП трансформирует исходно перколяционную систему в эффективную 2Г> среду.

Области этого перехода соответствует резкое возрастание эффекта Холла и излом зависимостей G(V,g) в короткоканальных транзисторах.

Поскольку, как было установлено, проводимость короткоканальных систем может определяться одиночными седловыми областями хаотического потенциального рельефа, в разделе 5.2 анализируются особенности электронного переноса в седловом потенциале. Модельное решение этой задачи рассмотрено в [9] на примере параболического седлового потенциала V{x,y)=V0-mw^x2 ¡2 + т&2уу2 fl, где У0 - электростатический

потенциал седла, юх и <ау - параметры, обратно пропорциональные радиусам его кривизны (RK и Ry) в направлениях переноса заряда (х) и в перпендикулярном (у), соответственно. Показано, что в условиях Н&у > Йюх » кТ проводимость седла приобретает квантовый квази-lD характер, т.е. становится равной е2/й на один электрон.

В общем случае не очевидно, что перевалы хаотического потенциального рельефа удовлетворяют этому требованию. С этой целью была проведена серия численных экспериментов.

Установлено, что радиусы кривизны Rx и Ry близки по величине и имеют порядок тах|г0;1/уй^| ; в условиях экспериментов (Sep ~ 100 мэВ) это соответствует величине Йсоу~40мэВ. Также определена зависимость среднего отношения радиусов кривизны Rx/Ry от энергетического положения седла. Показано, что в интервале энергии ниже среднего уровня ФП (этот интервал соответствует положению уровня протекания короткоканальных систем), сёдла трансформируются в желоба (Rx/Ry >1). Следуя

[9], этим обосновывается возможность квантования проводимости систем с сильным ФП при относительно высоких температурах (> 77 К).

- 17В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В температурном интервале 77-300 К с использованием методов эффекта поля и гальваномагнитных эффектов исследованы электронные характеристики квази-2Э каналов проводимости, включая плотность мелких электронных состояний на границе раздела полупроводник-изолятор в системах с высокой (1012-1013 см*2) концентрацией встроенных зарядов -источников флуктуационного потенциала (ФП): в БьМНОП структурах с варьируемой концентрацией заряженных ловушек на границе БЮг^з^, а также ваАз транзисторов (НЕМТ и ПТШ).

2. Экспериментально установлено, что в БЬМНОП структурах с "макроскопическими" размерами (140x20 м км2) полевого электрода плотность локализованных состояний изменяется в зависимости от проводимости канала С по степенному закону с показателем кТ/2 Д, где Д - характерный энергетический масштаб ФП. Найденное значение Д » 40 мэВ соответствует величине я, в согласии с представлениями о проявлении сильного ФП.

3. На примере 51-МНОП структур показано, что уменьшение под действием эффекта поля концентрации электронов в квази - 20 канале (процесс усиления ФП за счёт ослабления его электронного экранирования) приводит к исчезновению эффекта Холла, сопровождающемуся появлением мезоскопических флуктуаций напряжения Уу между поперечными (холловскими) зондами образца.

Сделан вывод о наблюдении перехода при эффекте поля от проводимости слаборазупорядоченной 2Б среды к перколяционному режиму переноса электронов в сильном ФП. В условиях термической активации электронов на уровень протекания радиус корреляции перколяционного кластера 1С может достигать единиц микрон.

Отмечено, что порог исчезновения эффекта Холла соответствует электропроводности канала с я ег/Ь.

4. Исследованы электронные характеристики БиМНОП транзисторов с шириной затвора IV = 50 мкм и длиной 1 = 5 мкм ~ Ье. В этих структурах кривые эффекта поля обнаруживают область квази-плато при значениях С«е2/Л, отсутствующую в аналогичных структурах с большими размерами полевого электрода (I. IV » Ьс). В этих условиях на зависимости #»(<?) возникает особенность в виде пика, проявляющаяся тем более отчётливо, чем ниже температура и выше концентрация встроенного заряда. Безотносительно к изменению указанных параметров пик наблюдается в диапазоне б ~ е2/й.

5. Пик зависимости N¡¡(0) и область квази-плато кривых эффекта поля при значениях (7 ~е2/И обнаружены в короткоканальных полевых транзисторах, содержащих легированные слои полупроводника с повышенной (~ 1018 см'2) концентрацией ионизированных примесей (источников ФП): в селективно-легированных ОаАв-АЮаАв НЕМТ и ОаАз-ПТШ.

6. Предложена качественная модель, связывающая обнаруженные особенности электронных свойств короткоканальных квази-20 систем с переходом в режиме эффекта поля (в процессе усиления ФП за счёт ослаб-

ления его экранирования электронами квази-2Э канала) от слабо разупо-рядоченной Ю среды к перколяционной среде, имеющей квантовый ква-зи-Ш характер проводимости. Перколяционный кластер формируется низкоомными областями поверхности полупроводника с пониженным локальным потенциалом (с размером порядка Л8), объединёнными в цепи длиной порядка ¿с посредством перевальных (седловых) областей, определяющих сопротивление образца и, соответственно, характер проводимости.

7. Проведены компьютерные эксперименты по определению уровней протекания перколяционных сеток длиной £ ~ £с и шириной Ж> Ь. Показано, что по отношению к системам с Ь, Ж» Ьс такие системы имеют пониженный уровень протекания, при этом его смещение в единицах 5<р определяется произведением логарифма отношения IV/Ь и степенной функции отношения Ь/

8. С использованием метода Монте-Карло показано, что в условиях экспериментов функции распределения ФП и перевалов имеют гауссову форму и совпадают.

Обоснована возможность квантования проводимости седловых областей ФП.

9. Показано, что в короткоканальных электронных системах (Ь ~ Ьс, IV » £) перколяционный кластер представляет собой совокупность низкоомных изолированных проводящих путей, обладающих пониженным уровнем протекания. Выявлены условия, в которых электронный перенос осуществляется по наиболее низкоомному перколяционному пути, проводимость которого контролирует единственная наиболее высокая по

энергии квантоворазмерная перевальная область, определяющая квази-lD характер проводимости образца в целом.

Публикации по теме диссертационной работы.

1. Aronzon В.А., Bakaushin D.A., Ryl'kov V.V., Vedeneev A.S., Leotin J. Mesoscopic phenomena in controllably disordered macroscopic quasi-2D Si-MOS systems. // Abstracts of papers of the International Symposium NANOSTRUCTURES: Physics and Technology. - St.Petersburg, Russia, 1996.- p.204-206.

2. Aronzon B.A., Bakaushin D.A., Vedeneev A.S., Ryl'kov V.V., Sizov V.E. Quantum quasi-ID transport in quasi-2D highly disordered structures. // 7-th International Conference on Hopping Phenomena. - Rackeve, Hungary. -August 1997.

3. Aronzon B.A., Bakaushin D.A., Chumakov N.K., Meilikhov E.Z., Ryl'kov V.V., Vedeneev A.S. High-temperature mesoscopics and quantum quasi-1D percolation-like conductivity of strongly disordered field-effect systems. // Proceedings of the International Symposium NANOSTRUCTURES: Physics and Technology, St.Petersburg, Russia.- 1997.- p. 11-14.

4. Аронзон Б.А., Бакаушин Д.А., Веденеев A.C., Рыльков В.В., Сизов В.Е. О механизме проводимости короткоканальных полевых транзисторов в условиях сильного флуктуационного потенциала. // Микроэлектроника.-1997.-т.26.-№5.-с.323-329.

-215. Арокзон Б.А., Бакаушин Д.А., Веденеев А.С., Рыльков В.В., Сизов В.В.

Проявление в спектре мелких пограничных состояний эффектов пер-

коляционной проводимости короткоканальиых полевых транзисторов.

// ФТП.- 1997.- т.31.- №12.- с.1460.

6. Аронзон Б.А., Бакаушин Д.А., Веденеев А.С., Мейлихов Е.З., Рыльков В.В. Квазиодномерный транспорт невырожденных электронов в двумерных системах с флуктуационным потенциалом. // Письма в ЖЭТФ.-1997,- т.66,- №10.- с.633-638.

7. Aronzon В.А., Bakaushin D.A., Vedeneev A.S., Ryl'kov V.V., Sizov V.E. Quantum quasi-1D transport in quasi-2D highly disordered structures. // Phys.Stat.Solidi (b).- 1998,- v.205.- p.83.

8. Аронзон Б.А., Бакаушин Д.А., Веденеев A.C., Мейлихов Е.З., Рыльков В.В., Сизов В.В., Чумаков Н.К. Высокотемпературная мезоскопика и квантование проводимости экстремально разупорядоченных квази-20 электронных систем. // III Российская конференция по физике полупроводников: Тез. докл. - М., 1997,- с.368.

9. Аронзон Б.А., Бакаушин Д.А., Веденеев А.С., Мейлихов Е.З., Рыльков В.В. Квантование кондактанса в Si МНОП структурах с сильным флуктуационным потенциалом. // Материалы Всероссийского совещания, Н.Новгород,- 1998.

-22-

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Андо Т., Фаулер А., Стерн Ф. Электронные свойства двумерных систем: Пер. с англ.- М.: Мир, 1985.

2. Гергель В.А., Сурис Р.А. // ЖЭТФ.- 1983.- № 84, с.719.

3. Шкловский Б.И., Эфрос А.Л. Электронные свойства легированных полупроводников. - М.: Наука, 1979.

4. Звягин И.П. Кинетические явления в неупорядоченных полупроводниках. - Изд-во. Моск. Университета, 1984.

5. Yakimov A.I., Stepina N.P., Dvurechenskii A.V. // Phys.Low-Dimens. Structures.- 1994.- № 6.- c.75.

6. Дыхне AM. // ЖЭТФ.- 1970.- № 59, c.l 10.

7. Rylik A.S., Orlov A.O., Laiko E.I. // Phys.Low-Dimens.Structures.- 1994.-№3.- c.67.

8. Веденеев A.C. //Измерит. Техника. - 1986.- вып.11.- с.4б.

9. Buttiker М. Quantized transmission of a saddle-point constriction. // Physical review В.- 1993.- v.41.- № 11. - p.7906.

Подписано в печать 19.05.1998 г. Формат 60x84/16. Объем 1.39 усл.пл. Ротапринт ИРЭ РАН. Тираж 100 экз. Зак.16.