Провiднiсть МГДН структур з основними носiями заряду тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

л* •

Ы1Н1СТЕРСТВ0 0СВ1ТИ УКРА1НИ

г*

.-ШИВСШИ УН1ВЕРСИТБТ 1ИЕН1 ТАРАСА ШКВЧЕНКА

v-

На правах рукотгсу

Петрусенко В1тал1й Ыйколайоаач

ПРОВ1ДН1СГГЬ ИГДН СТРУКТУР 3 ОСЮВШЫК БОС1ЯМН ЗАРЯДУ

01.04.10 - Ф1зика нап1впров1дник1в та д1електркк1в

АВТОРЕФЕРАТ дисертацП яа здобуття вченого ступени кандидата ф1зико-ыатематичнкх наук

Ки!в - 1993

Робота виконана в Ки1вському ун!верситет1 Тараса Шевченка.

Науковий кер!вник: доктор фхзико-математичних наук, професор Добровольський КМ.

0ф1щйн1 опоненти: член-кореспондент АН Укра1ни, доктор ф^зико-математичних наук, професор Литовченко Е Г.

Пров1дна установи ¡нститут Ф1зики АН УкраКни. Ки1в.

Захиет В1дбудеться "20" Цй^д 1993 р. о I £~год. в ауд. ^ на зас1данн] Спец1ал1зовано1 Ради К 068.18.01 в Кшвському ушверситет! шещ Тараса Шевченка (252127, Кш'в - 127, вул. Ковалевсько1,1, рад1оф1зичний факультет).

3 дисертац!ею можна ознайомитись у бЮлштещ утпверситету.

Автореферат раз 1 слано " (г ЬъиЯ 1993 р.

Вчений секретар

кандидат ф1зико-математичних наук, с. н. с. бвтух А. А.

Спед(ал13овано1 Ради

Т.

Шкавро А. Г.

Шдгасано до-друку J4.D7.93. Формат:60x84 1/16. О^сетний друк. Пап1р офсетний. уы.друк.арк. 0,70. Тираж 100 прим. Зам. 1397в.

ШП юрпорад!! УкрКИ, 252171»; Кшв, вул. Горького, 180.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРЛСТИКА РОБОТИ

В дашй! час структури мэтал - тунельно прозорий д!ел5ктрик -нап!впров1дник (ЖДН) широко використовукггься у технЩ!: в перот-воргоачах сонячно! енергп в електричну, залам'ятовувчих елемен-тах, (ЛТДН перемикачах, приладах функшонально! м1кроелектрон!хи, фотодетекторах. Вивчення МГДН структур дае 1нформац1х> про власти-бост! границь шд!лу нап1впров1даика та д1в®ктрика.

Розглянемо коротко режима робота мгдн структур. На рис.1 показана конструкщя МГДН структури. Для визначеност1 будемо розгля-дати структуру, виготовлену на пластин! п-тшу прозщюст!. Нэхай на польовий елэктрод структури подана стацЮнарна в1д'еша вщюсно 0Ы1ЧН0Г0 контакту Шт. рис.1) напруга. У вшадку структури з тунельно непрозорнм д1влектриком инаслщок тершгенерацп

61ля поверхн1 нап1впров1дни-ка будуть накопичуватксь д!рки 1 створиться 1вверс1й-ний пар. 7 вшадку структури з тунельно прозорим д1елэкт-ртасом д1рки часткоео будуть тунелгоати в мэтал 1 1х концентрата б!ля поверхн1 Суда ионшст, а товцша пару облает! просторового заряду (ОШ) б!льшою, н1ж у• попе-редаьому вкладку. ЦзЗ реажм роботи ОТДН структури нази-ваеться режимом з нер1вно-важнлм стацЮнарнш збШен-е характерною особлив!сто ШЛН структур» ¡цо визначае багато XI властивостей.

На рис.2 показана енергетична зонна д!аграма МЕЯЙ структури яри дп на не! зб!днстчо1 напругй. На н!й Е^ - енерг!я р!вня ■1ап1впров1дшщ|. в загадьному вшадку через структуру протНсаоть струм основних носНв заряду (електроа!в) та струм неосповних носИв Шрок), що позначен1 на рис.2 в1дпов1дно ^ та 3 .

Якдо р!вень Ферм1 в мотал 1 знаходиться нгсцэ дна зони пров!д-аост! на поверхн! наШвпровШшса. то струм едактрон!в через

мэтал

\ . Д1електрик

А.

Т"

нашвпровшик

М1ЧЯИЙ контакт

Рис.1. ИГДН структура, нлм. Ефект нер1вноважяого збщзення

к

-2 -

структуру практично не про-т!кае 1 в повдому струм! до-и1нуюгь д1рки. Так1 структура називаюгь' структурами з неосновными нос1ями заряду (в розглядаемому випадку неосновними нос!ямн е д!рки).

Якщо р1вень Ферм! в

Рис.2. Евергетичза зсеей д!аграма КГДН структури.

N

Ь

изтал! зваходиться вище дна зони пров!дност! на поверхн1 нап1впров1дника, то через структуру, окрш струму Д1-рок, ®з проПкае струм елек-

ТрОН1В, КОТрИЙ 6 Д0М1НУКПШ

в повному струм1. Структура, в яких мае м!сщз така ситуа-ц!я, називаюгь структурами &

основними нос1ями заряду.

Хоча в структурах з основними нос!ями заряду струм переноситься нереважно основними нос1ями, одаак, наявн!сть неосновних нос11в може суттево впливати на властивост1 структур. Д1рки, пю виникаеть в результат! термогенерац! I чи якоьнебудь !нжекцп, на-копичуюгься 61 ля поверхн! нап1впров1даика. Таке накопичешш приз-водкть до стабШзацИ положения р1вня Ферм! в мзтал1 в!дносно дна зони пров!дност1 на поверхн! нан1впров1даика 1 як насл!док г-ого -стабшзацп струму едектрон!в. Саш такий режим з вакопиченнш неосновних нос11в заряду розглядався в б!лыпост1 роб!т до досл1даенню МГДН структур з освовнши нос1ями заряду (даю., шш-риклад, обзор Ш). _ ___ -------

Накопичення д!рок визначаеться дэома конкуругчими процесаш: ix поставкою в ОГО внасл1док термэгешрацП чи 1нжеюШ та 1х »у-велшанняи через д1електрик в мзтал. При в!дсутпост! 1нжекци тош поставки д1рок будз визначатись шнерацШнш часом життя. Зро-зум!ло, що в структурах з досить великим часом киття теш поставки д1рок буде изилшм, н!ж темп 1х тунелнзання в мзтал. Тод! при в1дсутност! 1нжекц!1 б1ля поверхн1 нап!впров1дника накопичо: гя д!рок не булэ 1 внасл1док цього не буде 1 насичення стру».>'. В!дсутн1сть насичення струму характерна для структур з основнжл! П0С1ЯМИ заряду, що працшгь в режш1 без накопичення ноосношоя посив заряду. Про можливють такого режиму в л!тератур1 згадуь--

- 3 -

лось, адз bíh практично не дослшувався.

3 шпого боку, можна оч1кувати, що досл!дазння структур без накопичення неосновних нос Ив заряду масть сенс принаймн1 з двох причин.

По-нерш. при в1дсутвост! накопичення б!лка безпосередньо. His при 1ншх режимах роботи структури, повинн1 проявлятнсь зако-HOMipHOCTi тунелшавня електронш через д1електричнкй шар.

По-лруге, в1домо, що. електрично пода п1д нольовш олектродсм неоднорше: його напружен1сть п1д краем електроду б1лыза, н1з п1д Гюго вентральной частияою, причому в1дноиення цих величин там б1льше, ним б шлю вШошення товщини пару ОГО до товщини д!елект-ркка [21. 8 МГДН структурах, завдяю! ефекту нер1вноважного стацюнарного зсЛдаекня, велика товдкна вару ОГВ, а товщява д!електрика мала. 3 Kiel причини в них реюрдно взликз вШоиення напруаеност! ехйктричлого поля я!д краем елзктроду до II значензя п1д вентральной часткнов. Це дае л1дставу оч1куватл нояву в'СТДН структурах ефекпв» пов'язанихз. великою напружен1стю електрнчяого г.оля п!д краем польового "електроду.

Серед !ЛДН структур наМ'.гъз розповсзэдг.ен 1 кре;д!ев1 структу--я, в яких д1електр5кс:,! е туяс^но-прозоркЯ sap оксиду кремниэ.-гомолог in таких структур досчэ в1дпрацьоЕана, вопи частйзэ за inai ВЩСОрИСТОВУСТЬСЯ У ТОХНЩ1.

АКТУАЛЬШСТЬ POFC'.'.'í Bisr зчпетьсл гофойзл застосуватщян' МТЛЯ уктур в теха1ц1,та ^зцэвка^.пназ! м1ркувокнями, як i давггь п1дс- . у оч!кувати появи в vskks. с-оуктурах нових Ф1зичпих ефэкпв.

IETOÍO Д8Н01 робота було : ОСЛ1ДНЭШ1Л лротНсзнпя струму через /.¿.•.„»лиевi МТДН структура голопним чнном з основнкма нос! яма заряду в ушвах в1дсутност1 пакопичетшя пеосповпих носПв заряду.

наукова новизна

1. Виявлено, що сильно . еяззпричпв полз п1д краем польового гтоктроду В: МТДН структурах з основниш нос1ями заряду, ¡до нращ>-в режим i без накопичення поосновних нос!!в заряду, приводить •:о винисненпя:

а) сильно 1 планарпо! веоднор1дност1 протИашя стацюнарного струму, при як if! густина струму п1д краем електроду моет на порядки перевщувати густину струму п!д Яого цэнтралыюю чястипою;

б) ударно! loHlsami олоктроню 1 д!рок у наа1впров1дтшу п1л краем полмвого олегстроду при напруз!, суттево шни.Ш, п!ж напруго виюпенення ударно! юн 1зяц11 П1д центральною чостинов електроду (наприклад. 36 В и 140 В вшовшо);

1-1307»

в) 1маульсу великого струму через структуру при вмкканн1 зОШмсчо! вапрути, який обновлений ударною 1он1зац1ею елэктрон1в I д1рок п1д краем польового електроду та ефектом внутр!шнього Шдсилопия струму. Величина струыу в максимум! 1миульсу хюревицу-вала стацЮнарно значоння на 2-3 порядки;

2. Теоротичними розрахуиками показано, що структур« з основ-ними нос1ями заряду при великих збщюяЕХ напругах при в1дсут-ност1 накопиченпя неосновних носПв заряду ыапгь лШ1йн1 вальтам-перн! характеристики (ВАХ). Спостереження тако! ВАХ дав змогу 1деят}ф1кувати даний режим робота структур«.

3. Запропоновано метод визначешя по л!н!йа!й зворотн!й ВАХ. структур товщшш д1елзктрика та ефектишого коефЩ1ента тунельно! проникност! бар'еру для електрон1в^

4. Теоретичная розрпхукхами пс.<азано, щр ефект шутр!шшли» П!ДСИЙЗЕЗЯ струму суттево змзншуе шшругу ЛаКШЕОГО пробою МТД'т. структура з основними нос1ями заряда. Наприклад, у типовому випад--ку з 280 В До 95 В.

5. Виявлзна значна залзжнЮть тунельного струму в ИГДН структурах з основними нос1ями заряду в 1д тешератури: в д1апазон1 С50 - 295), К при ф1ксован1й з61део££н1й напруз! струи зб1лыпуы.вся в три рази. ■

6. Запропоновано мохан1зм температурю?! залзжност1 тушльпого струму. ЗНдно з розвинутои теор1сл обов'язково» умовою сильно! температурно! зшюкносп струму е переважний вклад в нього елект-рон1в 13 ыаксвеловсысого хвоста роапод!лу елзктрон1в по вне; Г1ях в

ШТ8Л1. .. .

практична шншстъ роботй

1снування сильного краевого серуму в М'ДН структурах з осков-еиш нос1ями заряду неойх шо 12рагииувата при проектуванн1 приладь на основ! таких структур, а мксв при шерпритацц експерх-мэнтальних результата.

Запропонований у робот! изтод дажна шссористовувати для вгз-начення характеристик ИТДК структур: товщши дХелектрика, ефекпа-ного коефЩ!ента тунельно! прошпсшот1 потенЩального бар'еру дай електрон!в.

Змзшюнпя напруги латшного проЛм МРДН структур з внутр1к 1м а 1дсидешшм стругну мэжна використовувати для зиэнтоння робочо! капруги лавгеших фотоприймач!в.

- 5 -

ПОЛОЖЕНИЯ, ПО ВШГОСЯТЬСЯ ПА ЗАХНСТ:

1. Довздвння 1снуваяня та ШтерпритаШя таких ефект!в в 1ТГЛН структурах з осноннши Eociarn заряду, ко працшгь в режимi без накопичення неосновпих noclïB заряду:

а) сильно1 лданорно! иеоднор щгост! протшшня стацюнарного струму, яка обумовдена великим вшоиенням товещпи 'ОПЗ до токдаш д1електрюса;

б) ударно! ioEi3auiï ejfôicrpoHiB 1 д1рок у ноп1впров1днику п1д краем польового. електродута ктайснешм 1гаулъсу струму s максимумом, спркчшешга скиънкм електрячнш подам п1д краем елзктроду та

ефектом внутрИанього п1дсшкш1я cTpj'My;

в) вяливу на ударну юнхзацйз в МШ структур! удьтрафюдато-вого опром1нення. •

2. Доведения лШйкост! зворотньоТ ВАХ ЪГГДП структур з основании кос!ями заряду-у випадку, коли вони працвоть в pexmi без иа-копичення эеосноБШи hocIïb заряду. Спос 16 " включения- ю тако! ха-ректериспаи тошдши д!олектркка тз ефектшного коефЩ1епта ту-полъно! проникност! бар'еру. для едактрон1в.

3. Теор1я ударно! 1он1задП в'ИГДН структурах з внутр!е21м -Идсихенням струму .шосибшвя носив заряду, зтчдао з яко© ©факт •^j-"îplisak>ro п1дс5'лешия струйу оуттево сшкшуе напругу лав»в*лого' ^обою структура. : -

4. Результат« ексшркмзнт1в по• виявяэннв звачно! темкератур-■ - Ï зэ.чежност1 туиольяого стругу-в МГДН ' структурах 'з. основаима ;.:лями заряду, що врзютгъ в .рзжим! ''без неколичеявя неосновяих гг.с.ив"заряиу. ^

5. ïfexàHisM тешературно1 заязжаост! стругну, згшо з якш :,эда мае м1сцз, якщо в тунеяшиа сярум - основаий' вклад /ваосять агактрони 1з максв&ювського хвоста ïx розпод1ду но онерпях з ш-тал1.

АПРОВ/ЛГЯ РОБОТИ. Сенеки рззультата дисартацп дсшов1даяись на XII Всесоюшй яаутсоьо-тохн 1чн 1Я конфгрэнцп по мпсроедэкт-Tduiici, 1927; Ресц^-бл^нськоку науково-ташчному tJ»,UBspl."Электроника двфэктов-в креьтая-и структурах'на его оснсь 1.зя. Khïb, 1083, 1989; V науково-тбхн1чн1й■'копферонШ "Авалитн-ческие метода исследования .материалов и изде.лкй ^якроакктрошяси"». ■ !.5осква, 1989; У1 Ресиубл1канськ1Й конфсргтцИ "Фдаичест» ' проблош МЯЛ интегральной .электроники*,' Севастошдь, 1990;. Воесоюза1Й нау-ково-техн1чн1й кокферснцП "Акту&льнио цройаеш злэктро'шого машят ностроеюмп. Повоскб1рськ, 1990.

1х_13Э7в

П7ШКАЩГ. По матер 1алах дисертацП опусШковано 12 друкова-них роб 1т. Список цих роб 1т приведений в к1нц1 автореферату.

СТРУКТУРА ТА ОБ'СМ ДИСЕГТАЩ1. ДисертаЩя складаеться 1з "встуцу, чотирьох 0риг1н8льних глав, заключал частини, списку патовано! Л1тератури та додатку. Матер1ал викладзний на 94 сторшсах машинописного тексту, включаоти 25 малшк1в 1 01бл1ограф1ю 1з 68 наймзнувань.

КОРОТКИ* ЗМГСТ РОБОТИ

У ВСТУПЕ обгрунтована актуальнють теми дисертацп, сформу-льована II мзта, вказан1 наукова новизна та практично значения отриманих результат 1в, нерел1чен1 положения, винесеи1 на захист, приведений короткий зи1ст дисертацИ по главах.

У ПЕРШга ГЛАВ1 розглядаеться ряд эфекпз, обумовлених краевою неодаорШютю.едактричного поля.

\ Даеться огляд теоретична та екгюримэнтальних роб1т, присвя-чених досл1даеннвкраевих ефект1в у структурах мзтал - д1едест-рик-нап1впров1даик та контактах ^тал - нап1впров1даик. Звер-таеться увага на те, пр в ИГДН структурах з основними носш® заряду напружен!сть електричного поля на поверхн1 нап1впров1дника иожэ бути суттево неоднородною: для типових структур плд краем електроду вона в 4 - 5 раз!в вода, Н1ж п1д центральное частиною. Тому, можлива поява нових ф1зичних ефект1в, В1дсутн1х в планарно одаор1даих структурах.

Приведен! результати досл1даеиь МГДН структур, виготовлених на кремн1евих пластинах типу КЭФ - 4.5 з терм1чно вирощэним оксидом кремн1ю товщиною 2.5 нм алш1н1евими польовими електродами р1зно1 форми.

Зн1мались стац!онарн1 ВАХ структур з сольовими електродами у ВИГЛЯД1 круг1в з даома р1зними д1аь^грами (перший мав дшетр 238 мкм, другий - 488 мкм). Ооьний <.г*р/м через кожний 13 польомх електрод1в д1лився на дв1 складоь!: струм через шнтральну та краеву частини електроду.

де - струм через електроди з мйншим 1 61лыпим д1амэтрими в1дпов1дно, та Ъ1л - плооц та довюши перимэтр1в елэктродш. Зя - густина струму в центральнШ частин! елэктроду, ^ - струй через краеву частину електроду на одинвдв ждажини його периметру. Розв'язок (1) для струм 1в при р1зних значениях напруги на польою-

My електрод1 V показав, що при зб!дютэчих V через край елзктроду прот1кае значна частина повного стрелу: (50 - 85) %. Оц1нки показали, що густина струму в краевШ облает 1 електроду перевищувала густину струму в цэнтральнШ частин! в 250 - 30 раз 1в.

KpiM вим!рввань в стацюнарному режим! на ИГЛН структури подавались поодинок1 прямокутн1 1мпульси напруги з амшитудою П i досл1д*увалась к!нетика !мпульс!в струму. Виявлено, пр в д!апазон1 U ((35 - 45) В) встановлешго стац1онарного значения струму передував Дмпульс струму з максимумом. Причому величина струму в максимум! перевищувала його стацюнарне значения на 2 - 3 порядки.

У випадку д!Т на структуру серп однакових 1мпульс1в напруги виявлений такий ефект: якщо 1нтервал м!ж !мпульсами був меншим дэ-якого часу tR,- то величина струму в максимум! змзншувалась в1д !шульсу до !мпульсу 1 прямувала до стацюнарного значения струму. Якщо 1нтервал м1ж !мпульсами був б1льшим, н1ж час tn, то 1мпульси струму були однаковими. Час tn являе собою час "пам'ят!" структурою д!1 на не1 !мпульсу напруги.

Пролкання великого !шульсного струму пояснюеться ударною 1он1зац!ею електрон1в ! д1рок п1д краем польового електроду та ефектом внутриянього пщяшзння струму.

.Виникнення електрон1в та д!рок пштэердсено прямим експери-мзнтом. Використовувалась структура з двома, польовими елэктродами: основним у вигляд! круга та допом!жним - у вигляд! концентричного к1льця. На допом!жний електрод подавалась напруга в зворотньому напрямку , в1н працшав в режим! колектора д!рок. При проход*енн1 через основний електрод 1мпульсу струму з максимумом на осцилог-рам! струму через кодектор спостер1гався сплеск. В1н обумовлений Приходом на колэктор д!рок, що виникають при ударн1й 1он1зац!1.

Змэншення струму в !мпульс1 з максимумом та "память" структур« поясншрься зарядкенням д1електрика гарячими д!рками, що ви-никаюгь в результат! ударно! !он!зац!1п!д краем польового елэкт-роду. Цэ змзншув краеве поле 1 припиняе ударну 1он1зац1ю.

На користь цього пояснения евщить такий експеримэнтальний результат. ВШмо, що опром!нвння окислу структури ультрафЦхдето-вим випромшенням зарядаае його позитивним зарядом. Зпдно з вдм ультраф 1олетове опромшення дослшувано! структури, при якому св!тло падало на в!дкриту частйну окислу поруч з непрозорнм подьо-вим електродом, зб1лывувало час t .

■ ...... . п

В д!апазон! U = (45 - 150) В при дэяких значениях напруги спостер!гався локальний проб!й д!електрика з характерними для та-

кого пробо» виникнениями в д1ел;к?рику м!крокшал1в з великою провшлстю. Шсля кожного такого пробою збьшлув&лксъ ПрЯМИЙ та зворотнШ струми через структуру. Цри деяких значениях вапруги спостер1гажся хаотичн! коливання струму. як1 характера для м1.крошизшвого' пробо» ОПЗ натвнровщшка.

Приведзн! як ют пояснения в;дазгададкх експерижнтвльнкх результатов.

В ДРУГШ ГЛАВ1 розглядаеться пров!да!сть !ЩН структур з основании нос!яш заряду, ео прадаоть в рекш! без накопичоппя ео-ОСЕОВНИХ носПв заряду.

Теоретично отримаяа ааал1тичва'формула'для ЕАХ такш: структур ори збщкаяих шаругах:

3' [-Ц + ъ] <2)

де 3 - густина струму, Ч - заряд електрона, уп - теплова швидк!сть с<лектрон1в, Кс - 'сфэкгивна- Н1лш1сть' стан!в електрошв в зон1 -провшосп вап1впров1дника, £Г - офоктивний. коефЩ1внт -гунельво! проиикносп бар*еру ддл електров1в, <1 - товщипа д1едзктрика, >. -довжша екранування Лебая, с та « • - . д!електричн1 прошжност! натвпровшика те д1вл9ктрика,- V. - нааруга, ирикладава до структура, к - пост Шва Бодыдмана,.. Т -температура.

Вюшо, шр 'залзжн1сть струм/ в!д вапруги е дШйвов. Л!н!йа1сть ВАК обумовхана, э.одного.боку, 'короновав.заа<жа.1<кэ в!д напругй • напруааэност I еошстричнсго поля' на- поззрт Еапшщюашшеа та пад1ння; вапруги на Д!бдектрику,' а а Чеьото бокутш» '..о струи квадратично закежить в!д пад1нвя капруги на д!елзктрику [31. /

3 (2) видно» що 1з.значена« ньирути в точу! переищу л1и№ноХ частини- БАХ з в1ссю аасруг та тангенсу кута. нахюу ВАХ можна .вкз-начити тонщшу д1елйктрзйса й тс е-^актиетий. .-коефииехгг тунаяьно1' нрокикност 1 датеятальвого бар'еру для елоктромв !Г.

1з с7ад1оварних БАХ структур 1з .врахуванням краевоХ неод-норщюсп Ерот1кшшя струму знаходилзсь залехнЮТь густини струму в црнтраяьаШ час;ин1 електроду 4 (1) в!Д збШшочо! нанрута V. Така залзазистъ бум бдизьшв до лШ1йно!.' Па точи! перетину 'В&Х з В1ссю напрут та тангенсу • кута II нгшму шзначеш величкнк с! =3.5 вм та' 1Г=3.г •'10""-. - Злаченая товдши' Д1бзштрика' узгоджуеться !з вям1рвнов е^ипсомзтрично. ЕфективниЯ ко&ф!Шеат тунельно! проник-ноет 1 бар'еру для &лектрон!в такого е порядку, як приведет в л!торатур1 значения-1Г для «одгбвих структур- .

При 0св1тл8нн1 тилово! поверхн 1 пластики, зрозум1ло, обЬткзу-взбся темп геперацИ д1рок у зразку. При цьому залежпють в!д V значно послаблялась, вона була близькоа до насичення, язоэ характерно для структур, що працшгь в режим1 з накопиченням неосновяж носив заряду.

В ТРЕТИ ГЛАВ1 розвинута теор!я ударно! !он!зацИ для МГДН структур з внутр!пш1м Шдсиленняи струму. Отршана азалтгша формула для В АХ такоГ структури. Показано, що ушвоа лавинного пробой ОШ структури в р!вн!сть

Н-1 = 1, (3)

дэ М - коеф1Щент внутр!шнього шдсилзпня струму, I - 1нтеграл. 1он1зац11 14].

Як видно з (3) умова лавинного пробои в структур! з внутр 1а-н1м Шдспленням <И»1) б1дьи "м'яка", н1ж у структур! без п!дси:-лення (й=1), тобто ефект внутр!шього гидепжша струну суттево здашнуе напругу лавинного пробои. Розрахунки показа®!, оо якцо при напруга лавинного пробою 280 В, то при Ш-10 вона складае 35 В.

Змзншення напруги лавинного пробою поясщэеться тки, ¡до внутр1шне п!дсилення Бмикае додатковнй мехап1зм зворотяього зз'яз-ку: зб!льшення в результат! ударно! 1оп1зац11 струму .д!рок гтрязво-дить до зб1лыюння струму едэктроя1в нэ т!лыси за рахунок з<Илъ-сеняя темпу !х 1он!зацп, а рэ 1 завдяки з61льеопню струну олэкт-рон1в, ио вт!ка®ть у Езп!впрсв!дшяк !з мэталу.

' В ЧЕТВЕРТШ ГЛАВ1 приведен! результата досл!дазпь тушльного струму при р1зшя температурах.

Зн1мались стац!ояарн1 ВАХ структур при збшетчга напругзх в гешературному д1аназоя1 50 - 295 К, тобто в1д температур» В1аюр-зання дом1шково1 пров!дност! до к!ьшатно1.

1з стащонарних ВАХ структур !з врахуванням краево! яеод-аор!дяост! прот!кання струму знаходились заязжност! густини струму з центральн1й частин1 електроду З3 (1) в1д зб1днхаяо1 напруги V три р!зних температурах. Ц1 залежност! буди бдизьк! до лшшшх. Три пост!йнШ напруз! величина струму у вказаному д!апезоп1 тсшв-затур ш1тваяась приблизно в три рази.

Тунельна прогошлсть потенц1ального бар'еру для влоктроп1в >алежить в1д 1х. енерги. Тому, в загальному вгаадху, тунельний ;трум заложить в1д розпод!лу по енерг!ях тунелдашх олектрошв. В Ильшост! випадк1в ц!ею заяежпютю нехтують, ! як аасл1док, в рам-«х такого п!дходу тунельний струм через МГДН структури з основни-м нос 1яда заряду в!д температуря не залежить.

Розвщута теор1я провщюст1 мгдн структур з урахуванням залежное г 1 тунельно! проникност! бар'еру в1д енергп елэктронш. От-римзна анал!тична формула для БАХ структур, за якою розраховап1 характеристики структур при р!зних температурах. Тооретичн! ВАХ добре узгоджувались з експеркменталышми результатами. ПЩчэночн! паражтри модел i (висота потенц1ального бар'еру, ефективна маса електрона в д!е>лектрику, р1зниця роб1т виходу мот&лу та вашвпро-вШика) лежать у мэжах значенъ, що приводиться в Л1тератур1.

Зг!дно з розвинутою теор1ею обов* язковнми умовами сильно! температурно! залеашост1 тунельного струму е дс&инуичий вклад в повдаму струм! елоктрошв 1з магссвеловського хвоста 1х розпод1лу по енерПях в ьетал1 та сильна задваяНсть прошпшост! бар'еру до ejBicrpoHiB в1д ix енергн. '

В ЗАКЛОТНШ ЧАСТШП викладен! висновки з отригланих в дасер-тац1йн!й робот! результат1в.

В ДОДАТКУ зведен! схеми експериментальнмх установок, що вико-ристовувалися для дос;адаень в дисертац!йн1й робот!.

0CH0BHI РЕЗУЛЬТАТА РОБОТЙ

OchobhI результат« дасертац18по1 роботи полягавть и паступно-

му:

1. На МТДН структурах з оснобшмя кос1ями заряду, со працюють в режим! без накошяеиля веосновшвс носив заряду. слос?ер!гзлись та пояснен! ряд пов'язаких м!г, собою офзктш, гяислккаи;^ г;уп.нк:л електрнчним полем п!д краем польоеого аг.ектроду (згшю з оиШкаи! в досл1джештх структурах напружешеть елззлрячного пелк ni;. краем електроду в 4 - 5 раз!в б!льша, н!х; П1д шнтралыюю частиною):

а) сильна гшшарна неоднорхдають нротпеання стацюнарного струму, при якШ густина струму и!д краем електроду була в1 35 -250 раз!в б1льшою, н1ж п1д Кого театральною частиною;

б) ударна юн!зац!я електронзв i д1рок у нап1впров1дшису п1д краем по-'^ового електроду при наируз!, суттево мэнш!й, н1ж папруга ударно! Юн!зацП п!д центральною частиною електроду (наприклад, 36 В и 140 В В1ДНОВ1ДНО);

в) виникнения 1мпульсу з макитмумом чероз структуру рри вми-канн1 напруги польового електроду, обумовленого ударною 1он!зац1ею та ефектом внутр^шньох'о п1дсилзння струму. Величина струму в максимум! перевщувала стацюнврне значения на 2-3 порядки;

г) припинення струму ударно! 1он1зацП, викликане зарядкою

- и -

д!елзктрика гарячими Д1рками, як1 виникаоть у структур! в результат! ударно! 1он1зац!1;

д) вплив на ударну 1он!зац!ю п!д краем польового електроду ультрафЮлетового опром1яення, а також стацюнарно1 напруги, що д!е на структуру в пром!жках часу м1ж !мпульсами струму з максиму-

е) локальний прскИй окислу в областях сильного поля, виника-юч! при такому пробо! м!кроплазмов! коливання струму.

2. Показано, що в МТДН структурах з ocboebi.si вос1ями заряду виникае великий краевий струм, фи цьому використаво спос!б розд!лення повного струму через структуру на дв1 складов!: струм, що прот1кае п!д центральною частияою електроду та струм, що прот1кае п!д його краем. .Доля струму, що прот1каё п1д краем електроду, складала значну частшу повного струму: В1д 50 до 85 %.

3. Теоретично розглянуто проходаення струму в МТДН структурах з основними нос1ями заряду. Показано,-що при великих збщштих напругах ВАХ таких структур - л!п1йн!.

4. Ввд1лення з повного струму через структуру його частши, що прот1кае через цзвтралъну частшу електроду, дозволило отрккати експериментальн1 ВАХ структур, виюгочивши сильний краевкй струм. Зворотн! ВАХ таких структур згШо з теор1ею - л1н1йн1.

5. По значениям тангенсу кута нахилу л1н!йно! ВАХ та точки перетину П з в!ссю напрут запропоновапо метод визначення ефек-тшно! тунельно! проникност1 бар'еру для електрон!в ÍT та товщгаш д1електрика d. Визначен1 таким чином 5^=3.2 •10",г та d=3.5 нм уз-годжуються з визначеними 1ншкми мэтодами.

6. Развинута теор1я ударно! !он!зац1! в МТДН структурах з риутр1шн1м Шдсиленвям струму веосновних носив заряду. Згдао з Шею теор1ею напруга лавинного пробою структури визначаеться 1з р!вност1 одиниц1 добутку 1нтегралу !он1зац1! на ксефПЦент внутриянього п!дсилення струму. Тому наявнють внутр1шнього шдсилзння струму суттево зьеншуе иапругу лавинного пробою структури: наприк-лад, з 280 В до 95 В при ксеф!ц!ент! вяутришього пщлизення 10.

7. Експертентально в ЩДН структурах з основными нос!ями заряду вияапепа значна залежн!сть тунельного струму в 1д температури: в д1апазон1 (50-295) К при ф!ксован1Й зб1дггс*ша непруз1 струи зб!льшувався в три рази.

' 8. Розвшута теор1я пров1дност! МТДН структур з осповтаг! НОС1ЯШ заряду 1з врахуваштм салежност! тунельно! проникност1 бар'еру для ежктрон1в в!д И епергП. Показано» що тегазратурва

ззжшсть тунельного струму може бути значною ж у випадку, коли основний вклад в струм вносить електрони 1з максвеловського хвоста ix розпод1лу по енерПях.

На закШчення звернемо увагу на те, що обов'язковою ушвою коректних вим1рювань струму через МГДН структури з основними нос1ями заряду, що црацдагь в режим1 без накопичення неосновная носПв заряду, е виклтення сильних краевих струм!в. Т1льки П1сля цього можна отримати лШ1йн1 ВАХ, як! характерн1 для такого режиму. Яйцо цього не зробити, то б1льш слабка залежн1сть краевого струму В1Д напруги призводить до субл1н!йно1 залежност1 новного струму в1д напруги, по вигляду близькою до характеристик структур, що нрацшгь в режим 1 з накопиченням неосновних носив заряду.

Л1ТЕРАТУРА

1. Буль А.Я., Саченко А.В. Фотозлзщшчзскш свойства структур ьиталл-диэлектрик-полупроводпик с .туннельпо-прозрачным диэлектриком // ФТП» 1S53, т.17, вш.8, с. 1361-1376.

2. Rusu А., Bulncea С.. Deep-Depletion Brcakdom Voltage Oi Silicon - Dioxide / Silicon MOS Capacitors // IEEE Trans. Elect .Dev., 1979, v.ED-26, 1! 3, p. 201-205.

3. Стриха В.И. Теоретические основы работы контакта мзтагл -полупроводник. Киев: Наукова думка, 1S74, 263 с.

4. Грехов И.В., Сережкин Ю.П. Лавинный пробой р-n перехода в полупроводниках. - Л.: Энегроатошздат, 1980, 152с.

ПУБДИКАЦП ПО TEMI ДКСЕРТАЩШЮТ РОВОТИ

1. Добровольский В.Н., ЛЬвейко В.Н., Нинвдзе Г.К., Штрусенко В.Н. Проводаюсть МТДП структур в рзжиме без накопления неосновных носителей заряда // ФТП, 1990, т.24, вып.6, c.10G7 - 1071.

2. Добровольский В.Н., Нинщ;'53 Г.К., Петрусенко В.Н. Ударная ионизация в !,ТГДП структурах с внутренним усилением тока: // Письма в ЖТФ, 1992, в.12, с. 73 - 78.

3. Добровольский В.Н., Нинидз© Г.К., Пэтрусенко В.Н. Ударная ионизация электронов и дарок и лаьчгнный пробой в 1СТДП структурах. //ФТП, 1993, т.27, вып.6, с. 944'- 950.

4. Добровольский В.Н., Нинидзе Г.К., Петрусенко В.Н. О влиянии кривых токов на характеристики МДП структур с туннельно-тон-ким диэлектриком // IV Всесоюзный науч.-техн. семинар "Пути повышения стабильности и надежности микроэлементов и микросхем", те-

13Г'7о

- 13 -

зиеы докладов. Рязань, 1987. с. 173.

5. Добровольский В.Н,, Нинидзе Г.К., Пэтрусенко В.Н. Особенности прютекания тока через МЦП структуры с туннельно-тонким диэлектриком // XII Всесоюзная науч.-техн. конференция по микроэлектронике, тезисы докладов, Тбилиси, 1987, ч.2, с.95.

6. Добровольский В.H.Y Ниниязе Т.К., Пэтрусенко В.Н. Изменение характеристик ИГДП структур под действием протекающих через них импульсов тока // VI Всесоюзная конфэренция по физике диашкт-риков, тезисы докладов. Новгогод, 1988, с.87.

7. Добровольский В.Н., Нинвдзе Г.К., Петрусенко В.Н. Фотоэлектрические явления в МГДП структурах при их сканировании лазерным и электронным лучами // IV Респ. науч.- техн. конференция "Физические мэдода диагностирования в задачах управления качеством и надежностью", тезисы докладов, принтов, 1989, с.74.

8. Добровольский В.Н., Ильченко Л.Н., Нинидзе Г.К., Обознегосо Ю.Л., Петрусенко В.Н., Смирнов E.H. Исследованиэ МГДП структур ш-тодом лазерного сканирования // V науч.-техн. конференция "Аналитические мзтоды исследования материалов и изделий микрозлзктрони-• л", тезисы докладов, Иосква, 1989, с.200.

9. Добровольский В.Н., Нтаидзе Г.К., Пэтрусенко В.Н. Краевые эфФекты в МТДП структурах // III Республиканская конференция' "Актуальные проблемы физики полупроводников", тезисы докладов. Кшв, 1339, с. 57. :

. 10. Добровольский З.Н., Еашдзе Г.К., Пэтрусенко В.Н. протекли© тока через ШЯП структуры при отсутствии накопления неоснов-лнх носителей заряда // Всесо:лзая науч.-техн. конференция "Актуальные проблемы электронного иашностроенил", тезисы докладов, Новосибирск, 1990г., с.42. :

• И. Dobrovolekil V.W., Nlnläze G.K., Petrunenko V.Ii. Bell-lorm current due to Impact Ionization of charge carriers In '.v.nnellng EES structures // XT Семинар Северо-западного региона "Физические и химические явления на поверхности полупроводников и границах раздела", тезисы докладов, Новгород, 1990 г., с. 44-45.

12. Добровольский В.Н'., Ниниязе Г.К., Пэтрусенко В.Н. Прото-кание тока в сильных электрических полях у края полевого электрода ЦЩ структуры // YI Республиканская конференция "Физичесгаа проблемы МЯЛ интегральной электроники", тезиса докладов. Кюв, 1990, с. 70.

К К