Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов

Гурьянов, Александр Михайлович

Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Гурьянов, Александр Михайлович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Самара МЕСТО ЗАЩИТЫ

2006 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов»

Автореферат диссертации на тему "Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов"

На правах рукописи

Гурьянов Александр Михайлович

СВОЙСТВА ПЛЕНОЧНЫХ МИКРО- И НАНОСТРУКТУР С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СЛОЯМИ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

01.04.10 - физика полупроводников

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Самара - 2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО "Самарский государственный университет".

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Комов Александр Николаевич.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Самохвалов Михаил Константинович,

доктор физико-математических наук, профессор Штеренберг Александр Моисеевич.

Ведущая организация: Ульяновский государственный университет.

Защита состоится " 2006 г. ъ/У часов на заседании

диссертационного совета Д 212.218.01 при Самарском государственном университете по адресу: 443011, г. Самара, ул. Академика Павлова, 1, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Самарского государственного университета.

Автореферат разослан 2006 г.

Ученый секретарь

Жукова В.А.

АОПЪ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В настоящее время наиболее широко используемым диэлектриком при изготовлении пленочных микро- и наноструктур - структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структур) и интегральных микросхем (ИМС) -является двуокись кремния,

К существенным недостаткам двуокиси кремния, ограничивающим ее применение в качестве подзатворного диэлектрика, следует отнести низкую диэлектрическую проницаемость (е=3,9). При уменьшении толщины подзатворного диэлектрика до 1,2-1,8 нм в полевых транзисторах логических ИМС (для уровня технологии 90 нм) вследствие прямого туннелирования ток утечки затвора становится больше предельно допустимого. Кроме того, при термическом окислении кремния происходит перераспределение примеси в приповерхностном слое полупроводника и увеличение числа дефектов, служащих центрами генерации-рекомбинации, что приводит к уменьшению времени жизни носителей заряда в полупроводнике. Выращенный термическим окислением кремниевой подложки диэлектрический слой содержит большое количество микропор и не свободен от внутренних напряжений. Все это препятствует дальнейшей миниатюризации приборов микроэлектроники и переходу к наноэлектронике.

Многие перечисленные проблемы могут быть решены заменой двуокиси кремния на альтернативные диэлектрики (диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью - high-* dielectrics). Их использование позволяет увеличить физическую толщину диэлектрика и тем самым подавить туннельные токи. Диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью также должны удовлетворять следующим требованиям:

1. Образовывать качественную границу раздела диэлектрик-полупроводник (ДП) с низкими значениями плотности поверхностных состояний (ПС) и плотности фиксированного заряда.

2. Быть совместимыми как с поликремниевыми, так и с металлическими затворами.

3. Иметь стабильную структуру, не изменяющуюся в результате термообработок при изготовлении ИМС.

4. Формироваться в процессах, совместимых с операциями КМОП технологии.

Оксиды редкоземельных элементов (ОРЗЭ) являются перспективными диэлектрическими материалами для создания изолирующих слоев в пленочных структурах микро- и наноэлектроники. Эти материалы обладают высокой термической и химической стойкостью, большими (по сравнению с двуокисью кремния) значениями диэлектрической проницаемости, высокой электрической прочностью. Пленки ОРЗЭ moiyr быть достаточно просто получены на различных полупроводниковых подложках при сравнительно низких температурах (300-800°С), что особенно важно при изготовлении изолирующих слоев на полупроводниках, не имеющих хороших собственных

термических оксидов. ОРЗЭ обладают высокой прозра<шеезшь-£-лщшашЁ-__

rf'UC. НАЦИОНАЛЬНАЯ 3 БИБЛИОТЕКА

С.-Петербург ОЭ шЬжЧ! (

области спектра (0,3 + 2,0 мкм) и имеют оптимальный показатель преломления (и=1,77-2,18) для использования их в качестве просветляющих и пассивирующих покрытий кремниевых фотоэлектрических приборов. На основе диэлектрических пленок некоторых ОРЗЭ разработаны обладающие достаточно высокими характеристиками МДП-варикапы, МДП-транзисторы и элементы памяти, а также термостойкие и эффективные просветляющие покрытая для кремниевых фотоэлектрических приборов.

Некоторые вопросы, касающиеся как самих пленок ОРЗЭ, так и слоистых структур на их основе, требуют проведения дальнейших исследований. К их числу относятся поиск новых диэлектрических материалов, а именно, рассмотрение возможности применения в качестве диэлектрических пленок с высокой диэлектрической проницаемостью в пленочных структурах микро- и наноэлектроники оксидов новых (других) редкоземельных металлов (РЗМ) и определение их электрофизических, фотоэлектрических и оптических свойств.

Все большая миниатюризация приборов микроэлектроники приводит к тому, что переходные слои на межфазных границах могут оказывать существенное влияние на параметры МДП-структур с тонкими диэлектрическими пленками. Поэтому актуальным является исследование свойств переходных слоев на межфазных границах, а также определение электрофизических и фотоэлектрических свойств МДП-структур с тонкими диэлектрическими пленками ОРЗЭ с учетом влияния переходных слоев.

Делью работы является исследование свойств диэлектрических пленок ОРЗЭ в кремниевых МДП-структурах и определение электрофизических и фотоэлектрических свойств МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия, а также с тонкими диэлектрическими пленками как оксида скандия, так и других ОРЗЭ с учетом влияния переходных слоев на межфазных границах.

В соответствии с поставленной целью определены основные задачи:

1. Провести анализ распределения компонентов в пленках ОРЗЭ и определить их элементный состав.

2. Установить модель отражающей поверхности структур пленка ОРЗЭ -кремниевая подложка и определить оптические параметры пленок ОРЗЭ.

3. Экспериментально продемонстрировать возможность использования оксида скандия в качестве диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью в пленочных микро- и наноструктурах.

4. Определить электрофизические и фотоэлектрические свойства МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия.

5. Провести оценку качества границы ДП в кремниевых МДП-структурах с диэлектрическими пленками оксида скандия.

6. Экспериментально исследовать влияние переходных слоев на межфазных границах на свойства МДП-структур с диэлектрическими пленками ОРЗЭ.

7. Определить высоты энергетических барьеров на межфазных границах А1/8с203 и БсгО^ и построить энергетические зонные диаграммы МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия.

8. Исследовать просветляющие и пассивирующие свойства пленок оксида скандия.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1. Построены профили распределения компонентов в структурах пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка и определен элементный состав пленок ОРЗЭ. Показано, что, несмотря на близость усредненного элементного состава пленок к стехиометрическому, состав пленок является неоднородным по толщине. На границе пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка имеются два промежуточных слоя. Один из них является поверхностным слоем двуокиси кремния на кремниевой подложке, а второй - переходным слоем, состоящим из ОРЗЭ и двуокиси кремния с некоторым избытком РЗМ.

2. Установлена модель отражающей поверхности структур пленка ОРЗЭ -кремниевая подложка. Это - модель однородной прозрачной пленки на поглощающей подложке с двумя переходными слоями. В рамках данной модели методами отражательной эллипсометрии измерены толщина и показатель преломления пленок ОРЗЭ и переходных слоев.

3. Определены электрофизические и фотоэлектрические свойства МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия. Установлено, что электропроводность МДП-структур описывается механизмом Пула-Френкеля. Определена величина плотности ПС. Показано, что наличие переходных слоев сказывается на увеличении плотности ПС.

4. Установлено, что пленки оксида скандия в МДП-структурах А1/8с203/81 обладают высокой величиной диэлектрической проницаемости (г = 15).

6. Определены генерационные параметры МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия.

7. Определены высоты энергетических барьеров на межфазных границах и построена энергетическая зонная диаграмма МДП-структур с оксидом скандия в качестве диэлектрика.

8. Показано, что пленки оксида скандия обладают просветляющими и пассивирующими свойствами. Определены величины эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда и скорости поверхностной рекомбинации.

Практическая ценность работы.

Экспериментально показана возможность использования оксида скандия в качестве диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью в пленочных микро- и наноструктурах.

Полученные данные о свойствах диэлектрических пленок оксида скандия и других ОРЗЭ, о свойствах МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия могут быть использованы при разработке приборов микро- и наноэлектроники. МДП-структуры с диэлектрическими пленками оксида скандия по ряду параметров превосходят аналогичные структуры с диэлектрическими плёнками двуокиси кремния из-за значительного превышения диэлектрической проницаемости, а также сравнительно низких значений токов утечки.

Применение пленок оксида скандия в качестве просветляющего и пассивирующего покрытия позволит снизить оптические и рекомбинационные потери в кремниевых фотоэлектрических приборах, повысить коэффициент полезного действия кремниевых фотоэлектрических преобразователей. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Распределение компонентов в структурах пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка и элементный состав пленок ОРЗЭ.

2. Модель отражающей поверхности структур пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка.

3. Оптические параметры пленок ОРЗЭ и переходных слоев в структурах пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка.

4. Механизм электропроводности и электрофизические свойстаа МДП-структур AI/SC2O3/S1, Al/Sc203/St02/Si.

5. Свойства границы ДП МДП-структур Al/Sc2Oj/Si, AI/Sc20j/Si02/Si.

6. Величина диэлектрической проницаемости (е = 15) пленок оксида скандия в МДП-структурах AI/SC2O3/SL

7. Параметры энергетической зонной диаграммы МДП-структур Al/Sc203/Si.

8. Эффекты просветления и пассивации поверхности кремния пленками оксида скандия.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на IX Международной научно-технической конференции "Оптические, радиоволновые и тепловые методы и средства контроля качества материалов, промышленных изделий и окружающей среды" (Ульяновск, 2004), Третьей междисциплинарной конференции с международным участием "НБИТТ-21" (Петрозаводск, 2004), III и IV Международных научно-технической конференциях "Физика и технические приложения волновых процессов" (Волгоград, 2004 и Нижний Новгород, 2005), 14-й и 15-й Международных Крымских конференциях "СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии" (Севастополь, 2004, 2005), VI и VII Международных конференциях "Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы" (Ульяновск, 2004, 2005), П1 и IV Международных научно-технических конференции "Материалы и технологии XXI века" (Пенза, 2005, 2006), 62-й и 63-й Всероссийских научно-технических конференциях "Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование Наука. Практика" (Самара, 2005, 2006), Ш Всероссийской научно-технической конференции "Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов" (Пенза, 2005), Региональной конференции "Проблемы фундаментальной физики XXI века" (Самара, 2005). Публика дин.

По материалам диссертации опубликовано 28 печатных работ, в том числе 8 статей и 20 тезисов докладов на научно-технических конференциях. Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы из 180 наименований, содержит 63 рисунка, 23 таблицы. Общий объем диссертации составляет 155 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи работы, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1 носит обзорный характер. В ней приведены сведения о свойствах РЗМ, о структуре и свойствах объемных и пленочных ОРЗЭ. Рассмотрены электрические и оптические свойства ОРЗЭ. Проведен анализ основных электрофизических свойств МДП-структур с диэлектрическими пленками некоторых ОРЗЭ.

Отмечено, что оксид скандия по ряду свойств близок к тем ОРЗЭ, которые хорошо зарекомендовали себя в качестве диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью при изготовлении МДП-структур, и что также возможно его применение в данном качестве.

Описана методика изготовления пленок ОРЗЭ и МДП-структур. Диэлектрические пленки на кремниевых подложках изготавливались методом термического окисления на воздухе предварительно нанесенного вакуумным термическим распылением слоя РЗМ. Данный метод позволяет получать пленки ОРЗЭ, обладающие хорошими диэлектрическими свойствами и достаточной повторяемостью.

Глава 2 посвящена анализу распределения компонентов в пленках ОРЗЭ и их элементного состава.

Элементный состав и концентрационные профили кислорода, кремния и РЗМ в структурах диэлектрическая пленка ОРЗЭ-кремниевая подложка определялись с помощью неразрушающих адерно-физических методов элементного микроанализа: спектрометрии резерфордовского обратного рассеяния и ядерных реакций с дейтронами.

Измерения были выполнены на аналитическом комплексе для исследования материалов методами ядерного микроанализа на базе электростатического ускорителя Петербургского института ядерной физики имени Б.П. Константинова PAR Измерения проводились с пленками оксидов иттрия, гадолиния, диспрозия, эрбия, скандия и гольмия, нанесенными на кремниевые подложки. На рис. 1 представлен экспериментальный энергетический спектр частиц, полученный при облучении пленок оксида иттрия на кремниевой подложке дейтронами с энергией 0.9 МэВ, и рассчитанные по нему концентрационные профили кислорода, кремния и иттрия.

По профилям распределения концентраций элементов рассчитывался элементный состав пленок ОРЗЭ. Усредненный элементный состав пленок ОРЗЭ близок к стехиометрическому. В то же время распределение компонентов (РЗМ и кислорода) неоднородно по толщине пленки. На рис.2 приведены распределения отношений атомных концентраций РЗМ к кислороду по толщине для пленок оксидов иттрия, гадолиния и диспрозия.

а)

йо "ОО.Р/'О

» о^ е.т 0,1 о» 41 и ч и м и ш 17 Эчшмв

б)

Т-Т-.

У а

-Т.' / 1.

90 100 00 1« «О 1М 200 220 240

Рис. 1. Экспериментальный энергетический спектр частиц (а) и рассчитанные концентрационные профили кислорода, кремния и иттрия (б).

На границе пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка выделяются два переходных слоя. Один из них является поверхностным слоем двуокиси кремния на кремниевой подложке, а второй - слоем, состоящим из ОРЗЭ и двуокиси кремния с некоторым избытком РЗМ. Толщина поверхностного слоя зависит от способа обработки поверхности кремниевой подложки. Второй переходный слой для разных образцов по оценкам имеет толщину 5-ИО нм. Элементный состав его выражается формулой R2.ttSi1.yOj (Л-символ химического элемента). В частности, для пленок оксида иттрия переходный

слой имеет состав Уз^Б^О^ оксида диспрозия - Оуз^з&о^Оз, оксида гадолиния - (Мз,^^.

Полученные профили

распределения компонентов

позволяют сделать вывод о том, что граница между пленкой ОРЗЭ и кремниевой подложкой является достаточно резкой. В этом заключается важное отличие структур с диэлектрическими пленками ОРЗЭ от МДП-структур с двуокисью кремния в качестве диэлектрика. Граница между термически выращенной двуокисью кремния и кремниевой подложкой является более размытой, что объясняется более высокой температурой при окислении кремния.

Рис. 2. Распределение отношения атомных концентраций РЗМ к кислороду (11/0) по толщине для пленок оксидов иттрия, гадолиния и диспрозия.

Глава 3. посвящена исследованиям структур пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка методами отражательной эллипсометрии.

Основное уравнение эллипсометрии связывает

эллипсометрические углы у и А, характеризующие относительные изменения амплитуды и фазы, с физическими параметрами отражающей поверхности через коэффициенты Френеля Кг и соответственно для Р- и Б-компонент электромагнитной волны. Основное уравнение эллипсометрии позволяет по измеренным углам у и А в рамках выбранной модели отражающей поверхности определить толщину и показатель преломления пленки на подложке с известными характеристиками.

Эллипсометрические измерения проводились на установке, выполненной на базе быстродействующего эллипсометра ЛЭФ-772 с длиной волны лазерного излучения 1=632,8 нм и диаметром луча на образце 0=2,5 мм. Угол падения излучения на образец 0=67,5°.

Решались прямая и обратная задачи эллипсометрии. В прямой задаче для различных моделей отражающей поверхности рассчитывались поляризационные углы у и А. Результаты расчетов представлялись в виде номограмм, на которых изображались семейства зависимостей углов и А от толщины и показателя преломления пленки.

Для определения модели отражающей поверхности структуры пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка проводились измерения с пленками переменной толщины (показатель преломления пленки считался постоянным). Экспериментальные результаты сравнивались с расчетными. Рассматривались

модели однородной прозрачной пленки на поглощающей подложке без переходных слоев, с одним и двумя переходными слоями.

Установленной моделью

отражающей поверхности структуры пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка является модель однородной прозрачной пленки на поглощающей подложке с двумя переходными слоями.

На рис. 3 приведена ц/-А-номограмма для структуры пленка оксида иттрия - кремниевая подложка (на номограмме отмечены экспериментальные точки). Видно, что экспериментальные точки располагаются вдоль линии с показателем преломления п=1,84. При этом для подложки взяты эффективные значения показателей

Рис. 3. у-Д-номограмма для структуры пленка оксида иттрия -кремниевая подложка

преломления и поглощения, а для переходного слоя показатель преломления п=1,6 и толщина ё= 4 нм. Использование параметров чистой подложки и поверхностного слоя двуокиси кремния, полученные по результатам эллипсометрических измерений в рамках однослойной модели, приводит к такому же результату.

Определены оптические параметры (показатель преломления и толщина) переходных слоев. Одним из переходных слоев является поверхностный слой двуокиси кремния на кремниевой подложке. Второй переходный слой характеризовался для структур с разными пленками ОРЗЭ толщиной от 2 до 6 нм. Наименьшая толщина второго переходного слоя отмечалась в структурах БсгОз/^ (около 2 нм).

В рамках установленной модели отражающей поверхности решалась обратная задача эллипсометрии. По измеренным эллипсометрическим углам рассчитывались оптические параметры (показатель преломления и толщина) пленок ОРЗЭ. В рассмотренных структурах показатели преломления пленок ОРЗЭ оказались равными для пленок оксида иттрия - 1,84, оксида скандия -1,94, оксида гольмия - 1,90, оксида эрбия - 1,91, оксида гадолиния - 1,86.

Измеренные значения толщины пленок ОРЗЭ и параметры переходных слоев на границе ДП использовались при определении электрофизических характеристик МДП-структур с диэлектрическими пленками ОРЗЭ.

Глава 4 содержит результаты экспериментальных исследований электрофизических свойств МДП-структур с диэлектрическими пленками ОРЗЭ.

Рассматривались МДП-структуры с диэлектрическими пленками оксидов скандия и гадолиния А1/8с203/81, а также с диэлектрическими

пленками оксидов скандия и гадолиния, нанесенными поверх тонкого (3+6 нм) слоя двуокиси кремния А1/8с20з/8Ю2/81, АМЗс^Оз/БКУЗь

Механизм электропроводности исследуемых диэлектрических пленок определялся измерением вольт-амперных характеристик (ВАХ) МДП-структур. ВАХ, измеренные на постоянном токе, были практически симметричны. Коэффициент выпрямления принимал значения в пределах 1,1-1-3,0. Удельное сопротивление исследуемых пленок ОРЗЭ находилось в пределах 1,0-10|3+2,01015 Ом-см. Напряжения пробоя МДП-структур лежали в пределах 8+15 В, что соответствовало пробойным электрическим полям 2,5+6,5 МВ/см. Наибольшие напряжения пробоя (12-3-15 В) наблюдались у МДП-структур А1/8сгОз/81 и А]/8с203/8Ю2/81 при толщине диэлектрической пленки 24+39 нм.

Токи утечки через диэлектрик находились в пределах 2-Ю"13 + 5' 10'"А при напряжении 5 В. Наименьшие значения токов утечки наблюдались для структур А1/5с20з/81 и А1/8с203/8Ю2/8ь При площади электрода 0,24 мм2 плотность тока утечки принимала значения ~Ю"10 А-см"2 для электрического поля ~2,5 МВ-см"1 в пленках 8с203 толщиной 24+39 нм.

ВАХ спрямляются в координатах 1п(1/У)-4У, т.е. электропроводность образцов удовлетворительно описывается механизмом Пула-Френкеля, который представляет собой термическую генерацию электронов из объемных

ловушек в зону проводимости диэлектрика, стимулированную (облегченную) электрическим полем.

Зависимости активной составляющей проводимости G МДП-структур и тангенса угла диэлектрических потерь tgS от приложенного напряжения V исследовались на частоте переменного сигнала 1 МГц. Значения активной составляющей проводимости для исследуемых структур при различных напряжениях находились в пределах от 0,002 до 0,880 мСм. Величина тангенса угла диэлектрических потерь изменялась в пределах от 0,01 до 0,58.

Из измеренных высокочастотных вольт-фарадных характеристик (ВФХ) для исследуемых МДП-структур рассчитывались удельная емкость диэлектрического слоя СуД, коэффициент перекрытия по емкости К, величина управляющего напряжения AV, поверхностная плотность встроенного заряда в диэлектрике QSs, эффективная плотность ПС Nss при потенциале плоских зон. Результаты расчетов приведены в таблице.

Структура Суд» К AV, В Qss-107, Nss-10"12,

мкФсм"2 Клсм"2 см"2

Al/ScjOj/Si 0,35-0,45 10-30 1,0-1,5 0,38-0,87 0,24-0,54

Al/Gd203/Si 0,15-0,35 8-20 1,2-1,8 2,7-5,8 1,7-3,6

Al/ScjOj/SiO/Si 0,2-0,4 10-25 1,0-1,8 1,3-2,6 0,8-1,6

Al/GcWVSKVSi 0,12-03 7-20 1,2-2,4 3,2-7,7 2,0-4,8

Энергетическая плотность ПС ^(Е) при потенциале плоских зон принимала значения в пределах (2,7+9,8)10" см"2 эВ"1.

Используя результаты измерений ВФХ и данные о параметрах пленок ОРЗЭ и переходных слоев на границе ДП, полученные при эллипсометрических измерениях, рассчитаны диэлектрические проницаемости пленок ОРЗЭ в рассматриваемых МДП-структурах. Диэлектрическая проницаемость оксида скандия имеет значение равное 15, а оксида гадолиния -12.

По сдвигу экспериментальных ВФХ относительно идеальных можно сделать вывод, что на границе ДП и в самом диэлектрике присутствует встроенный положительный заряд.

На примере МДП-структур А1/8с20з/81 и А1/8с203/8Ю2/81, а также А1Л}(ЬОз/81 и АЛАОДОз^ОДЗ! показано, что наличие поверхностного слоя двуокиси кремния толщиной 3-^6 нм при приблизительно одинаковой толщине пленки ОРЗЭ приводит к увеличению поверхностной плотности встроенного заряда в диэлектрике и эффективной плотности ПС.

Лучшим качеством границы ДП среди рассмотренных МДП-структур обладают структуры А1/8с203/81 и А1/8с203/8Ю2/81. Это объясняется более совершенной границей ДП, что в свою очередь связано с малой толщиной переходного слоя.

Измерением кинетических зависимостей емкости С(/) при неравновесном обеднении поверхности полупроводника основными носителями заряда, создаваемом прямоугольными импульсами напряжения, исследовались

генерационные процессы в структурах АЬ^Оз/Бь Уравнение, описывающее

релаксационные зависимости, имеет вид:

--1

2С, Л\С)

где С, - емкость диэлектрика, С„ - равновесная инверсионная емкость, п, -собственная концентрация носителей заряда, N - концентрация примеси в полупроводнике, е, - диэлектрическая проницаемость полупроводника, 5 -скорость поверхностной генерации, % - время жизни неосновных носителей заряда Экспериментальные релаксационные зависимости С(?) при разных напряжениях смещения на структуре представлены на рис. За. В координатах Цербста эти зависимости линеаризуются (рис. 36).

С,пФ

Ж {С

,мс

♦ У=2В

Рис. 3. Релаксационные зависимости неравновесной емкости для структуры А1/8с20з/п8к а) в координатах С от t; б) в координатах Цербста.

Рассчитанная по графикам скорость поверхностной генерации 5 для МДП-структур с оксидом скандия находилась в пределах 10-4-89 см/с, а время жизни неосновных носителей заряда гг - в интервале 0,3-5-3,4 мкс. Малые значения скорости поверхностной генерации свидетельствуют о хорошем качестве границы ДП в структурах А1/8с203/81.

Глава 5 посвящена определению фундаментальных параметров МДП-структур А1/8с20з/81 - высот энергетической барьеров на межфазных границах.

Высоты потенциальных барьеров на границах диэлектрика определялись методом внутренней фотоинжекции электронов из металла или кремния в пленку оксида скандия. Фотоинжекционный ток, протекающий через МДП-структуру, при электрических полях, больших 105 В/см, описывается моделью Фаулера и представляется зависимостью:

1ф = л(ку-£Ь0+кУГУ,

где еьа - высота потенциального барьера при нулевом электрическом поле в диэлектрике, к - коэффициент Шотгки, К - падение напряжения на диэлектрике, А - коэффициент, слабо зависящий от энергии фотона Иу, п -показатель степени, зависящий от вида модельной функции распределения электронов по энергиям на межфазной границе.

Высоты потенциальных барьеров на границах диэлектрика в МДП-структурах АУвсгОз/Б! определялись по спектральным (при У=сош1) и вольтаическим (при йу^сош!) зависимостям фототока экстраполяцией этих зависимостей к нулевому напряжению. Полученные данными двумя способами значения высот потенциальных барьеров на границах диэлектрического слоя совпали в пределах погрешности эксперимента и составили 3,28 эВ для границы А1/8с20з и 3,64 эВ для границы Б^БсгОз. На рис.4 приведены энергетические зонные диаграммы МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия.

ЗД8эВ

2,32 аВ А1

/7 Т?

всгОз

3/>4эВ 0Д8эВ

I Ее ----Г*

1Д2эВ

Еу

в! <п)

ЗД8эВ

/Р7

2^2эВ А1

б)

всгОз

3,64эВ

Ее

1,12эВ .„.АЬ

$ Еу 0,28 »В

^ (р)

Рис. 4. Энергетические зонные диаграммы структур А1/8с20з/п81 (а) и А1/8с20з/р81 (б).

Глава 6 посвящена экспериментальным исследованиям оптических, просветляющих и пассивирующих свойств пленок оксида скандия.

Измерялись спектральные зависимости коэффициента пропускания пленок оксида скандия и коэффициента отражения света от кремниевых пластин без покрытия и с просветляющей пленкой оксида скандия.

Пленки оксида скандия обладают высокой прозрачностью в спектральной области 400-1050 нм (коэффициент пропускания более 90%). По спаду спектральной зависимости коэффициента пропускания в области фундаментального поглощения определена ширина запрещенной зоны оксида скандия Ее=5,6 эВ.

Нанесение просветляющей пленки оксида скандия на поверхность кремния снижает коэффициент отражения монохроматического света с 32-5-34% для чистой поверхности кремния до 1*4%.

Эффекты просветления и пассивации поверхности кремния пленками оксида скандия исследовались по спектральным зависимостям фототока короткого замыкания кремниевой и* - р-р* - структуры, измеренным без просветляющего слоя и с просветляющим покрытием. Показано, что использование пленки оксида скандия позволяет увеличить фототек короткого замыкания кремниевого фотоэлектрического преобразователя на длине волны излучения 900 нм более чем на 45%.

Проведено сравнение рекомбинационных характеристик кремния с реальными и пассивированными пленками оксида скандия поверхностями. Эффективное время жизни т^ неравновесных носителей заряда измерялось

методом релаксации нестационарной фотопроводимости при освещении образца прямоугольными импульсами света.

Показано, что процесс релаксации нестационарной фотопроводимости характеризуется экспоненциальным законом с одной постоянной времени релаксации и определяется лишь генерационно-рекомбинационными процессами (захватом неравновесных носителей заряда на границе Sc203/Si можно пренебречь). В этом случае справедливо соотношение:

/ = 1 ( 2Sr V то d '

где т0 - время жизни неравновесных носителей заряда в объеме полупроводника, d ~ толщина полупроводника, Sr - скорость поверхностной рекомбинации. Эта формула позволяет найти скорость поверхностной рекомбинации, если известно объемное время жизни.

Для определения объемного времени жизни то использовалась экспериментальная зависимость эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда от толщины полупроводникового образца. Оценка объемного времени жизни, проведенная из данных зависимостей, построенных в координатах 1/гг/ - 1 Id дает значения т0 £ 200 мкс для всех исследованных образцов.

Измеренные величины эффективного времени жизни не превышали 40 мкс. При выполнении условия 1/г^»1/г0 из экспериментальных

зависимостей эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда от толщины полупроводникового образца в пренебрежении величиной 1/г0 рассчитывалась скорость поверхностной рекомбинации. Полученные результаты свидетельствовали об увеличении (в 3-5 раз) эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда и уменьшении (в 4-6 раз) скорости поверхностной рекомбинации при нанесении пленки оксида скандия. При различных способах предварительной обработки кремниевых пластин скорость поверхностной рекомбинации в структуре Si/ScjOj принимала значения 400+780 см/с, что на порядок меньше аналогичного параметра в широко применяемых в полупроводниковой электронике структурах Si/Si02 и Si/Si02/Si3N4.

Заключение.

Основные результаты и выводы работы состоят в следующем:

1. Получены профили распределения компонентов (РЗМ, кислорода и кремния) в структурах пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка Состав пленок является неоднородным по толщине. На границе ДП имеются два переходных слоя. Одним из них является поверхностный слой двуокиси кремния, вторым -слой, состоящий из ОРЗЭ и двуокиси кремния, обогащенный РЗМ. Определен элементный состав пленок ОРЗЭ и переходных слоев. Проведена оценка толщины переходных слоев.

2. Методами отражательной эллипсометрии установлена модель отражающей поверхности структур пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка: модель однородной прозрачной пленки на поглощающей подложке с двумя переходными слоями. В рамках данной модели найдены оптические параметры (толщина и показатель преломления) пленок ОРЗЭ и переходных слоев. Одним из переходных слоев является поверхностный слой двуокиси кремния на кремниевой подложке. Второй переходный слой характеризуется для структур с разными пленками ОРЗЭ толщиной от 2 до 6 нм. Наименьшая толщина второго переходного слоя отмечается в структурах 8с20з/8ь

3. Определены основные электрофизические свойства МДП-структур А1/8с203/81, АЬ^СаОз/БЮа/^, А1А5с1203/81, А^А^Ог/Эк Показано, что проводимость данных структур описывается механизмом Пула-Френкеля. Из анализа ВАХ получены величины удельного сопротивления, плотности тока утечки, напряжения пробоя. Рассмотрена проводимость структур на переменном сигнале и диэлектрические потери. Из анализа ВФХ рассчитаны величины удельной емкости, коэффициента перекрытия, управляющего напряжения, поверхностной плотности встроенного заряда и плотности ПС. При проведении расчетов учитывались параметры переходных слоев.

4. Рассчитана величина диэлектрической проницаемости пленок оксида скандия в структурах А1/8с203/81 (е = 15).

5. Наличие поверхностного слоя двуокиси кремния в МДП-структурах с диэлектрическими пленками ОРЗЭ приводит к увеличению поверхностной плотности встроенного заряда в диэлектрике и эффективной плотности ПС.

6. Методом кинетических зависимостей неравновесной емкости определены скорость поверхностной генерации и время жизни неосновных носителей заряда в МДП-структурах А1/8с20з/81

7. Определены высоты потенциальных барьеров на границах А1ЛЗс203 и 81/8с203. Построена энергетическая диаграмма МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия. Наличие высоких потенциальных барьеров на межфазных границах говорит о хороших диэлектрических свойствах пленок оксида скандия в структурах АУвсгОз/Бь

8. Экспериментально продемонстрирована возможность применения пленок оксида скандия в качестве диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью в слоистых микро- и наноструктурах. По своим электрофизическим свойствам МДП-структуры А1/8с203/81 значительно превосходят МДП-структуры с двуокисью кремния в качестве диэлектрика.

9. Пленки оксида скандия обладают высокой прозрачностью в спектральной области 400-1050 нм (коэффициент пропускания более 90%). Пленки оксида скандия, нанесенные на поверхность кремния, снижают коэффициент отражения монохроматического света с 32-f34% для чистой поверхности кремния до 14-4%. Просветляющий слой оксида скандия увеличивает спектральное значение фототока короткого замыкания кремниевого фотоэлектрического преобразователя более чем на 45%.

10.Пленки оксида скандия обладают пассивирующими свойствами. При нанесении пленок оксида скандия на кремниевые пластины увеличивается (в 3-г5 раз) эффективное время жизни неравновесных носителей заряда и уменьшается (в 4-Н5 раз) скорость поверхностной рекомбинации.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Рожков В.А., Родионов М.А., Пашин A.B., Гурьянов А.М. Оксид гадолиния. Новые диэлектрические структуры для СБИС//Вестник СамГУ, 2004. - № 4. - С. 124-131.

2. Rozhkov V.A., Rodionov М.А., Shalimova М.В., Pashin A.V., Guiyanov A.M. Antireflection and Passivating Coatings on the Basis of Rare Earth Element Oxides for Silicon Devices//Vestnik SamGU, 2004. - N 4. - P. 112-123.

3. Рожков B.A., Родионов M.A., Пашин A.B., Гурьянов А.М. Методики измерения электрических характеристик и параметров МДП-структур и элементов интегральных схем и экспериментальные установки для проведения измерений//Труды IX Междунар. научно-техн. конф. "Оптические, радиоволновые и тепловые методы и средства контроля качества материалов, промышленных изделий и окружающей среды". - Ульяновск, 2004. - С. 80-85.

4. Рожков В.А., Родионов М.А., Пашин A.B., Гурьянов А.М. Методики измерения фотоэлектрических характеристик и параметров МДП-структур и элементов интегральных схем/ЛГруды IX Междун. научно-техн. конф. "Оптические, радиоволновые и тепловые методы и средства контроля качества материалов, промышленных изделий и окружающей среды". - Ульяновск, 2004. -С. 85-89.

5. Рожков В.А., Петров А.И., Родионов М.А., Пашин A.B., Гурьянов А.М. Просветление и пассивация кремниевых фотоэлектрических приборов пленками из оксидов редкоземельных элементов/Материалы третьей междисциплинарной конф. с междун. участием ("НБИТТ-21"). - Петрозаводск, 2004. - С. 56.

6. Рожков В.А., Родионов М.А., Пашин A.B., Гурьянов А.М. Электрофизические свойства кремниевых МДП-варикапов с двухслойными диэлектрическими пленками из оксидов редкоземельных элементов/ЛГезисы докл. и сообщений Ш Междун. научно-техн. конф. "Физика и технические приложения волновых процессов". - Волгоград, 2004. - С. 352.

7. Рожков В.А., Родионов М.А., Пашин A.B., Гурьянов A.M. Пассивация кремния двухслойными диэлектрическими пленками из оксида иттрия и оксида

диспрозия/АГез. докл. и сообщений Щ Межд. научно-технич. конф. "Физика и технические приложения волновых процессов". - Волгоград, 2004. - С. 350-351.

8. Рожков В.А., Родионов М.А., Пашин A.B., Гурьянов A.M. Пассивация кремниевых полупроводниковых приборов и устройств СВЧ двухслойными диэлектрическими пленками из оксида иттрия и оксида диспрозия/Материалы 14-й Междун. Крымской конф. "СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии". - Севастополь, 2004. - С. 564-565.

9. Рожков В.А., Родионов М.А., Пашин A.B., Гурьянов A.M. Кремниевые МДП-варикапы с двухслойными диэлектрическими пленками из оксидов редкоземельных элементов//Материалы 14-й Междун. Крымской конф. "СВЧ -техника и телекоммуникационные технологии". - Севастополь, 2004. - С. 566567.

Ю.Рожков В.А., Родионов М.А., Пашин A.B., Гурьянов А.М. Кремниевые МДП-варикапы с двухслойными диэлектрическими пленками из оксидов редкоземельных элементов//Труды VI Междун.конф. "Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы". - Ульяновск, 2004. - С. 120. 11 .Рожков В.А., Родионов М.А., Гурьянов A.M., Пашин A.B., Соловьева JK.JI. Кремниевые МДП-элементы для БИС с тонким диэлектрическими пленками из оксида гадолиния//Труды VI Междун. конф. "Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы". - Ульяновск, 2004. - С. 121. 12.Рожков В.А., Родионов М.А., Пашин A.B., Гурьянов A.M. Пассивация кремния диэлектрическими пленками из оксида иттрия и оксида диспрозия//Труды VI Междун. конф. "Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы". - Ульяновск, 2004. - С. 122.

1 З.Гурьянов A.M., Пашин A.B., Шалимова М.Б. Пассивирующие и просветляющие свойства пленок из оксида скандия/Материалы и технологии XXI века. Сборник статей Ш Междун. научно-техн. конф. - Пенза, 2005. - С. 6568.

14.Гурьянов A.M., Пашин A.B., Шалимова М.Б. Электрофизические свойства кремниевых МДП-структур с диэлектрическими пленками из оксида скандия/Материалы и технологии XXI века. Сборник статей Ш Междун. научно-техн. конф. - Пенза, 2005. - С. 68-70.

15.Рожков В.А., Родионов М.А., Гурьянов A.M., Пашин A.B. Просветляющие свойства пленок оксидов гольмия и скандия//Вестник СамГУ, 2005. - № 2. - С. 200-206.

16.Гурьянов A.M., Пашин A.B., Родионов М.А., Шалимова М.Б. Просветляющие свойства пленок оксидов гольмия и скандия//Материалы 62-й Всерос. научно-техн. конф. "Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика". - Самара, 2005. - 4.1. - С. 228-230.

17.Гурьянов А.М., Пашин A.B., Родионов М.А., Шалимова М.Б. Новые диэлектрические структуры для СБИС/Материалы 62-й Всерос. научно-техн. конф. "Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика". - Самара, 2005. - 4.1. - С. 231-233.

18.Гурьянов A.M., Пашин A.B. Релаксация неравновесной емкости и генерационно-релаксационные процессы в кремниевых МДП-структурах с

диэлектрическими пленками из оксидов редкоземельных элементов//Сб. материалов Щ Всерос. научно-техн. конф. "Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов". - Пенза, 2005. - С. 155-157.

19.Гурьянов A.M., Пашин A.B., Родионов М.А. Генерационно-рекомбинационные процессы в МДП-структурах с диэлектрическими пленками из оксидов гольмия и скацдия//Труды VII междун. конф. "Опто-, яаноэлектроника, нанотехпологии и микросистемы". - Ульяновск, 2005. - С. 78.

20.Гурьянов А.М., Пашин A.B., Шалимова М.Б. Параметры глубоких центров и энергетические барьеры на межфазных границах в МДП-структурах с диэлектрическими пленками из оксидов гольмия и скандия//Труды VTI междун. конф. "Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы". -Ульяновск, 2005. - С. 77.

21.Гурьянов А.М., Пашин A.B. Электрофизические свойства кремниевых МДП-варикапов с оксидами гольмия и скандия в качестве диэлектрика/Лезисы докл. IV Междун. научно-техн. конф. "Физика и технические приложения волновых процессов". - Нижний Новгород, 2005. - С. 234.

22.Гурьянов A.M., Пашин A.B. Структурный анализ диэлектрических пленок оксидов редкоземельных металлов/Деп. в ВИНИТИ 16.11.2005 № I483-B2005. -30 с.

23.Гурьянов A.M., Латухина Н.В., Пашин A.B. Распределение компонентов в пленках оксидов редкоземельных элементов и их элементный состав//Материалы 63-й Всерос. научно-техн. конф. "Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика". - Самара, 2006. --С. 101.

24.Гурьянов А.М., Пашин A.B. Эллипсометрия тонких плёнок оксидов редкоземельных элементов//Материалы 63-й Всерос. научно-техн. конф. "Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика". - Самара, 2006. - С. 101-102.

25.Гурьянов A.M., Пашин A.B. Генерационно-рекомбинационные процессы в МДП-структурах с диэлектрическими плёнками из оксида скандия//Материалы 63-й Всерос. научно-техн. конф. "Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика". - Самара, 2006. - С. 100-101.

26.Гурьянов A.M., Пашин A.B. Энергетические барьеры на межфазных границах МДП-структур с диэлектрическими плёнками из оксида скандия//Материалы 63-й Всерос. научно-техн. конф. "Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика". - Самара, 2006. --С. 102.

27.Гурьянов A.M., Латухина Н.В., Лебедев В.М. Профили распределения компонентов в структурах оксид редкоземельного элемента кремний/Материалы и технологии XXI века. Сборник статей IV Междун. научно-техн. конф. - Пенза, 2006. - С. 23-26.

28.Гурьянов A.M. Эллипсометрия тонких пленок оксидов редкоземельных элементов/Материалы и технологии XXI века. Сборник статей IV Междун. научно-техн. конф. - Пенза, 2006. - С. 29-31.

Подписано в печать 21.04.2006 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать оперативная. Объем 1 пл.Тирах 100 экз.Заказ N¡1190.

Отпечатано с оригинала заказчика в тип. ООО "СЦП-М" 443030, Самара, ул.Галактноновская, 79, тел.ЗЭ-ЗЗ-812.

Í0Z73

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Гурьянов, Александр Михайлович

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1.ОКСИДЫ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И МДП-СТРУКТУРЫ НА ИХ ОСНОВЕ

1.1 .Редкоземельные элементы и их свойства

1.2.Структура и свойства оксидов редкоземельных элементов

1.3.МДП-структуры с диэлектрическими пленками оксидов 26 редкоземельных элементов

1.4.Методика получения диэлектрических пленок оксидов 30 редкоземельных элементов и МДП-структур

2 .РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ В СТРУКТУРАХ ПЛЕНКА ОКСИДА РЕДКОЗЕМЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА - КРЕМНИЙ И ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПЛЕНОК ОКСИДОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

2.1 .Определение структуры и состава вещества методами ядерного микроанализа

2.2.Анализ распределения компонентов в структурах пленка оксида редкоземельного элемента - кремний и элементного состава пленок оксидов редкоземельных элементов

З.ЭЛЛИПСОМЕТРИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК ОКСИДОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

3.1 .Методика эллипсометрических измерений

3.2.0писание экспериментальной установки

3.3.Моделирование структур пленка оксида редкоземельного элемента -кремниевая подложка и результаты эллипсометрических измерений

4.ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРЕМНИЕВЫХ МДП-СТРУКТУР С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПЛЕНКАМИ ОКСИДОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

4.1 .Электропроводность кремниевых МДП-структур с диэлектрическими пленками оксидов редкоземельных элементов

4.2.Проводимость и диэлектрические потери в кремниевых МДП-структурах с диэлектрическими пленками оксидов редкоземельных элементов на переменном сигнале

4.3.Вольт-фарадные характеристики кремниевых МДП-структур с диэлектрическими пленками оксидов редкоземельных элементов

4.4.Генерационные процессы в кремниевых МДП-структурах с диэлектрическими пленками оксида скандия

5.ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРЕМНИЕВЫХ МДП-СТРУКТУР С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПЛЕНКАМИ ОКСИДА СКАНДИЯ 101 5.1.Определение высот энергетических барьеров на межфазных границах

МДП-структур методом внутренней фотоэмиссии

5.2.0пределение высот энергетических барьеров на межфазных границах МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия по спектральным и вольтаическим зависимостям фототока

6.ПРОСВЕТЛЯЮЩИЕ И ПАССИВИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК ОКСИДА СКАНДИЯ 115 6.1 .Просветляющие покрытия 115 6.2.Оптические и просветляющие свойства пленок оксида скандия 117 б.З.Рекомбинационные свойства кремния, пассивированного пленками оксида скандия

Введение диссертация по физике, на тему "Свойства пленочных микро- и наноструктур с диэлектрическими слоями на основе оксидов редкоземельных элементов"

Актуальность темы. Наиболее широко используемым диэлектриком при изготовлении пленочных микро- и наноструктур, структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структур), интегральных микросхем (ИМС) в настоящее время является двуокись кремния [1,2]. Двуокись кремния является естественным окислом кремниевой полупроводниковой подложки и получается высокотемпературным окислением кремния, имеет хорошие пассивирующие, защитные и маскирующие свойства, обладает высоким удельным сопротивлением и сравнительно низкой плотностью поверхностных состояний (ПС) на границе диэлектрик - полупроводник (ДП).

К существенным недостаткам двуокиси кремния, ограничивающим ее применение в качестве подзатворного диэлектрика, следует отнести низкую диэлектрическую проницаемость (е=3,9). Кроме того, при термическом окислении кремния происходит перераспределение примеси в приповерхностном слое полупроводника и увеличение числа дефектов, служащих центрами генерации-рекомбинации, что приводит к уменьшению времени жизни носителей заряда в полупроводнике. Выращенный термическим окислением кремниевой подложки, диэлектрический слой содержит большое количество микропор и не свободен от внутренних напряжений. Все это препятствует дальнейшей миниатюризации структур микроэлектроники и переходу к наноструктурам.

Для уровня технологии 90 нм в полевых транзисторах логических ИМС толщина подзатворного диэлектрика уменьшается до значений 1,2-1,8 нм [3]. При таких малых толщинах SiC>2 из-за прямого туннелирования резко возрастает ток утечки затвора, который становится больше предельно допустимого значения [4].

Многие перечисленные проблемы могут быть решены заменой двуокиси кремния на альтернативные диэлектрики (диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью - high-A: dielectrics) [5].

Использование диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью позволяет увеличить физическую толщину диэлектрика и, тем самым, подавить туннельные токи [4,5]. Кроме обеспечения приемлемых значений тока утечки через затвор подзатворные диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью должны удовлетворять следующим требованиям [6]:

1. Образовывать качественную границу раздела ДП с низкими

11 9 значениями (<10 см" ) плотности ПС и плотности фиксированного заряда.

2. Быть совместимыми как с поликремниевыми, так и с металлическими затворами.

3. Иметь стабильную аморфную или поликристаллическую структуру, не изменяющуюся в результате термообработок при изготовлении ИМС.

4. Формироваться на производительном оборудовании в процессах, совместимых с технологическими операциями КМОП технологии и имеющих приемлемую для массового производства стоимость.

Для уровней технологии 90 и 65 нм первое требование обычно выполняется нанесением пленки с высокой диэлектрической проницаемостью поверх тонкого промежуточного слоя Si02 [7-9].

В качестве диэлектриков с высокой диэлектрической проницаемостью рассматривается возможность применения диэлектрических пленок А1203[Ю-12], НГО2[13-16], Zr02[17,18], ТЮ2[19], La203[20], Та205[21,22], Рг203[23,24], Се02[25], GdSc03, DySc03, LaSc03 [26,27] и др. Однако ни один из перечисленных диэлектриков не удовлетворяет одновременно всем приведенным выше требованиям [5,28].

Оксиды редкоземельных элементов (ОРЗЭ) являются перспективными диэлектрическими материалами для создания изолирующих слоев в структурах микро- и наноэлектроники [28]. Эти материалы обладают высокой термической и химической стойкостью, большими (по сравнению с двуокисью кремния) значениями диэлектрической проницаемости, высокой электрической прочностью. Тонкие пленки ОРЗЭ могут быть достаточно просто получены на различных полупроводниковых подложках при сравнительно низких температурах (300-800°С), что особенно важно при изготовлении изолирующих слоев на полупроводниках, не имеющих хороших собственных термических оксидов. ОРЗЭ обладают высокой прозрачностью в широкой области спектра (0,3 -г- 2,0 мкм) и имеют оптимальный показатель преломления («=1,77-2,18) для использования их в качестве просветляющих и пассивирующих покрытий кремниевых фотоэлектрических приборов.

На основе диэлектрических пленок некоторых ОРЗЭ разработаны обладающие достаточно высокими характеристиками МДП-варикапы, МДП-транзисторы, и элементы памяти, а также термостойкие и эффективные просветляющие покрытия для кремниевых фотоэлектрических приборов.

Некоторые вопросы, касающиеся как самих пленок ОРЗЭ, так и слоистых структур на их основе, требуют проведения дальнейших исследований. К их числу относится поиск новых диэлектрических материалов, а именно, рассмотрение возможности применения в качестве диэлектрических пленок с высокой диэлектрической проницаемостью в структурах микро- и наноэлектроники оксидов новых (других) редкоземельных металлов (РЗМ) и определение их электрофизических, фотоэлектрических и оптических свойств.

Целью данной работы является исследование свойств диэлектрических пленок ОРЗЭ в кремниевых МДП-структурах и определение электрофизических и фотоэлектрических свойств МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия, а также с тонкими диэлектрическими пленками как оксида скандия, так и других ОРЗЭ с учетом влияния переходных слоев на межфазных границах.

В соответствии с поставленной целью определены основные задачи:

1. Провести анализ распределения компонентов в пленках ОРЗЭ и определить их элементный состав.

7. Определить высоты энергетических барьеров на межфазных границах AI/SC2O3 и Sc203/Si и построить энергетические зонные диаграммы МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия.

8. Исследовать просветляющие и пассивирующие свойства пленок оксида скандия.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые: 1. Построены профили распределения компонентов в структурах пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка и определен элементный состав пленок ОРЗЭ. Показано, что, несмотря на близость усредненного элементного состава пленок к стехиометрическому, состав пленок является неоднородным по толщине. На границе пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка имеются два промежуточных слоя. Один из них является поверхностным слоем двуокиси кремния на кремниевой подложке, а второй - переходным слоем, состоящим из ОРЗЭ и двуокиси кремния с некоторым избытком РЗМ.

3. Определены электрофизические и фотоэлектрические свойства МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия. Установлено, что электропроводность МДП-структур описывается механизмом Пула-Френкеля. Определена величина эффективной плотности ПС. Показано, что наличие переходных слоев сказывается на увеличении эффективной плотности ПС.

4. Установлено, что пленки оксида скандия в МДП-структурах Al/Sc203/Si обладают высокой величиной диэлектрической проницаемости (е = 15).

6. Определены генерационные параметры МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия.

8. Показано, что пленки оксида скандия обладают просветляющими и пассивирующими свойствами. Определены эффективное время жизни неравновесных носителей заряда и скорость поверхностной рекомбинации.

Практическая ценность работы.

Применение пленок оксида скандия, в качестве просветляющего и пассивирующего покрытия позволит снизить оптические и рекомбинационные ® потери в кремниевых фотоэлектрических приборах, повысить коэффициент полезного действия кремниевых фотоэлектрических преобразователей. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Распределение компонентов в структурах пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка и элементный состав пленок ОРЗЭ.

2. Модель отражающей поверхности структур пленка ОРЗЭ - кремниевая подложка.

3. Оптические параметры пленок ОРЗЭ и переходных слоев в структурах • пленка ОРЗЭ — кремниевая подложка.

4. Механизм электропроводности и электрофизические свойства МДП-+ структур Al/Sc203/Si, Al/Sc203/Si02/Si.

5. Свойства границы ДП МДП-структур Al/Sc203/Si, Al/Sc203/Si02/Si.

6. Величина диэлектрической проницаемости (е = 15) пленок оксида скандия в МДП-структурах Al/Sc203/Si.

7. Параметры энергетической зонной диаграммы МДП-структур AI/SC2O3/S1.

8. Эффекты просветления и пассивации поверхности кремния пленками оксида ^ скандия. f

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

Основные результаты диссертационной работы докладывались на IX

Международной научно-технической конференции "Оптические, радиоволновые и тепловые методы и средства контроля качества материалов, промышленных изделий и окружающей среды" (Ульяновск, 2004), Третьей ® междисциплинарной конференции с международным участием "НБИТТ-21"

Петрозаводск, 2004), III и IV Международных научно-технической конференциях "Физика и технические приложения волновых процессов" (Волгоград, 2004 и Нижний Новгород, 2005), 14-й 15-й Международных Крымских конференциях "СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии" (Севастополь, 2004, 2005), VI и VII Международных конференциях "Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы" (Ульяновск, 2004, 2005), III и IV Международных научно-технических • конференциях "Материалы и технологии XXI века" (Пенза, 2005, 2006), 62-й и

63-й Всероссийских научно-технических конференциях "Актуальные проблемы ^ в строительстве и архитектуре. Образование Наука. Практика" (Самара, 2005,

2006), III Всероссийской научно-технической конференции "Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов" (Пенза, 2005), Региональной конференции "Проблемы фундаментальной физики XXI века" (Самара, 2005).

По теме диссертации были опубликованы работы [80, 81, 90-92, 99, 118,119,121-123, 129-131, 138-140, 154-156, 166, 167, 170-172, 176-178].

В заключение считаю приятным долгом выразить глубокую признательность научному руководителю заведующему кафедрой электроники твердого тела Самарского государственного университета, профессору, доктору технических наук А.Н. Комову за постоянную помощь и внимание, оказанные при выполнении работы.

Автор искренне признателен коллективу кафедры электроники твердого тела Самарского государственного университета за поддержку и обсуждение результатов.

Хочется также добрыми словами вспомнить доктора физико-математических наук, профессора В.А. Рожкова, который явился инициатором данной работы. Некоторые идеи В.А. Рожкова легли в основу проведенных исследований и были реализованы автором.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе исследованы свойства диэлектрических пленок ОРЗЭ в пленочных кремниевых микро- и наноструктурах и определены электрофизические и фотоэлектрические свойства МДП-структур с диэлектрическими пленками оксида скандия, а также с тонкими диэлектрическими пленками, как оксида скандия, так и других ОРЗЭ с учетом влияния переходных слоев на межфазных границах. Исследования носили комплексный характер.

Методами ядерного микроанализа (резерфордовского обратного рассеяния и ядерных реакций с дейтронами) и отражательной эллипсометрии исследовались структурные особенности пленок ОРЗЭ в пленочных кремниевых микро- и наноструктурах. Электрофизические и фотоэлектрические свойства пленок ОРЗЭ и МДП-структур с диэлектрическими пленками ОРЗЭ определялись измерением вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик, проводимости и тангенса диэлектрических потерь на переменном сигнале, кинетических зависимостей емкости при нестационарном истощении поверхности полупроводника основными носителями заряда, спектральных и вольтаических зависимостей фототока. Определялись оптические, просветляющие и пассивирующие свойства пленок ОРЗЭ.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Гурьянов, Александр Михайлович, Самара

1. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Кн. 1. М.: Мир, 1984. - 456 с.

2. Технология СБИС: В 2-х кн. Кн.1/Под ред. С. Зи. М.: Мир, 1986. - 404 с.

3. International Technology Roadmap for Semiconductors. 2006. Available from: http ://public. itrs .net/.

4. Драгунов В.П., Неизвестный И.Г., Гридчин B.A. Основы наноэлектроники. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. 496 с.

5. Wilk G.D., Wallace R.M., Anthony J.M. High-k dielectrics: Current status and materials properties considerations//!. Appl. Phys. 2001. - V. 89. - P. 5243-5275.

6. Киреев В.Ю., Столяров A.A. Технологии микроэлектроники. Химическое осаждение из газовой фазы. М.: Техносфера, 2006. - 192 с.

7. De Witte Н., Passefort S., Besling W. et al. In-line electrical metrology for high-k dielectrics deposited by atomic layer CVD//J. Electrochem. Soc. -2003. V. 150. -N.9. - P. F169-F172.

8. Murto R.W., Gardner M.I., Brown G.A. et al. Challenges in gate stack engineering//Solid State Technology. 2003. - N.10. - P. 43-48.

9. Wallace R.M., Wilk G.D. Identifying the most promising high-k dielectrics//Semiconductor International. 2001. - N. 7. - P. 227-236.

10. Gritsenko V.A., Nasyrov K.A., Novikov Yu. N., Aseev A.L., Yoon S.Y., Lee Jo-Won, Lee E.-H., Kim C.W. A new low voltage fast SONOS memory with high-k dielectric//Solid-State Electronics. 2003. - V. 47. - P. 1651-1656.

11. Paskaleva A., Ciechonski R.R., Syvajarvi M., Atanassova E., Yakimova R. Electrical behavior of 4H-SiC metal-oxide-semiconductor structures with AI2O3 as gate dielectric // J. Appl. Phys. 2005. - V.97. - 124507.

12. Xu R., Yan Z.J., Chen S., Fan Y.L., Ding X.M., Jiang Z.M., Li Z.S. In situphotoemission study on initial growth of НЮ2 films on Si(100) // Surface Science. -2005.-V. 581.-P. 236-240.

13. Lopez C.M., Irene E.A. A study of НЮ2 film interfaces with Si and SiC>2 // J.• Appl. Phys. 2006. - V.99. - 024101.

14. Jeong D.S., Hwang С S. Tunneling-assisted Pool-Frenkel conduction mechanism in Hf02 thin films // J. Appl. Phys. 2005. - V.98. - 113701.

15. Scopel W.L., Da Silva Antonio J.R., Orellana W., Fazzio A. Comparative study of defect energetics in Hf02 and Si02 // Appl. Phys. Lett. 2004. - V.84. - N.9. -1492-1494.

16. Huang A.P., Chu P.K. Improvement of interfacial and dielectric properties of sputtered Ta205 thin films by substrate biasing and the underlying mechanism// J. Appl. Phys. 2005. - V.97. - 114106.

17. Busani Т., Devine R.A.B. The importance of network structure in high-k dielectrics: LaA103, Pr203, and Ta205 // J. Appl. Phys. 2005. - V.98. - 044102.

18. Mussing H.-J., Dabrowski J., Ignatovich K., Liu J.P., Zavodinsky V., Osten H.J.1.itial stages of praseodymium oxide film formation on Si(OOl) // Surface Science. -2002.-V. 504.-P. 159-166.

19. Fissel A., Dabrowski J., Osten H.J., Potoemission and ab initio theoretical study ^ of interface and film formation during epitaxial growth and annealing ofpraseodymium oxide on Si(001) // J. Appl. Phys. 2002. - V.91. - N. 11. - P. 89868991.

20. Semikina T.V. Optical properties of dielectric layers with Ce02 // Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics. 2004. - V. 7. - N. 3. - P. 291296.

21. Wagner M., Heeg Т., Schubert J., Zhao C., Richard O., Caymax M., Afanas'ev V.V., Mantl S. Preparation and characterization of rare earth scandates as alternative• gate oxide materials//Solid-State Electronics. 2006. - V. 50. - P. 58-62.

22. Zhao C., Witters Т., Brijs В., Bender H., Richard O., Caymax M., Heeg Т.,

23. Schubert J., Afanas'ev V.V., Stesmans A., Schlom D.G. Ternary rare-earth metal oxide high-k layers on silicon oxide//Applied Physics Letters. 2005. - V. 86. -132903.

24. Gusev E.P., Cartier E., Buchanan D.A., Gribelyuk M., Copel M., Okorn-Schmodt H., D'Emic C. Ultrathin high-K metal oxides on silicon: processing, characterization and integration issues//Microelectronic Engineering. 2001. - V. 59. - P. 341-349.

25. Савицкий E.M., Терехова В.Ф., Наумкин О.П. Физико-химические свойстваредкоземельных металлов, скандия и иттрия//УФН. 1963. - Т.79. - Вып. 2. - С. 263-293.

26. Эмсли Дж. Элементы. М.: Мир, 1993. - 256 с.

27. Тейлор К., Дарби М. Физика редкоземельных соединений. М.: Мир, 1974. -376 с.

28. Белов К.П. Редкоземельные магнетики и их применение. М.: Наука, 1980. -240 с.

29. Серебренников В.В., Алексеенко J1.A. Курс химии редкоземельных элементов (скандий, иттрий, лантаниды). Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1963. -442 с.

30. Серебренников В.В., Якунина Г.М., Козик В.В., Сергеев А.Н. Редкоземельные элементы и их соединения в электронной технике. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1979. - 144 с.

31. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. Часть 3. Химия переходных элементов. М.: Мир, 1969. - 592 с.

32. Яценко С.П., Федорова Е.Г. Редкоземельные элементы. Взаимодействие с р-металлами. М.: Наука, 1990. - 280 с.

33. Сирота Н.Н., Морозов А.В., Сирота И.М., Сошнина Т.М. Термический полиморфизм, валентность и некоторые свойства редкоземельных элементов // Материалы электронной техники. 2004. - № 3. - С. 19-24.

34. Gasgnier М. Rare earth metals, rare earth hydrides and rare earth oxides as thin films//Phys. Stat. Sol. (a), 1980.-V. 57.-№ 1.-P. 11 -57.

35. Комиссарова JI.H. Неорганическая и аналитическая химия скандия. М.: Эдиториал УРСС, 2001. - 512 с.

36. Коршунов Б.Г., Резник A.M., Семенов С.А. Скандий. М.: Металлургия, 1987.- 184 с.

37. Horovitz С.Т., Melson G.A., Schneider К.А., et. al. Scandium. Its Occurrence, Chemistry, Physics, Metallurgy, Biology and Technology. L.; N.Y.; S.F.: Acad. Press, 1975. - 598 p.

38. Портной К.И., Тимофеева Н.И. Кислородные соединения редкоземельных элементов. М.: Металлургия, 1986. - 480 с.

39. Лазарев В.Б., Соболев В.В., Шаплыгин И.С. Химические и физические свойства простых оксидов металлов. М.: Наука, 1983. - 240 с.

40. Глушакова В.Б. Полиформизм окислов редкоземельных элементов. Л.: Наука, 1967.- 134 с.

41. Соединения редкоземельных элементов. Системы с оксидами элементов I— III групп / П.А.Арсеньев, Л.М.Ковба, Х.С.Богдасаров и др. М.: Наука, 1983. -280 с.

42. Физико-химические свойства окислов / Самсонов Г.В., Буланкова Т.Г., Бурыкина А.Л. и др. Под ред. Г.В. Самсонова. М.: Металлургия, 1969. 456 с.

43. Вдовин О.С., Кирьяшкина З.И., Котелков В.Н. и др. Пленки оксидов редкоземельных элементов в МДМ- и МДП-структурах. Сататов: Изд-во Саратовск. ун-та, 1983. - 160 с.

44. Sanghun J., Hyunsang A. Effect of hygroscopic nature on the electrical characteristics of lanthanide oxides (S1112O3, Рг20з, Gd203, Dy203) // J. Appl. Phys. -2003. V. 93. - N. 10. - P. 6393-6395.

45. Вдовин O.C., Рожков B.A., Котелков B.H., Свердлова A.M. Получение и электрические свойства МОП-структур на основе окислов редкоземельных элементов // Электронная техника. Сер. Материалы. 1973. - № 2. - С. 77-81.

46. Рожков В.А. и др. Электрофизические свойства МДП-структуры Al-Y203-Ge // Микроэлектроника. 1976. - Т. 5. - № 1. - С. 28-31.

47. Смирнов М.А., Крикоров B.C., Красов В.Г. Исследование электрических параметров окисных материалов // Электронная техника, 1970. Сер. 14. - № 6. - С. 86-90.

48. Mikhehashvili V., Eisenstein G. Structural and electrical properties of electron beam gun evaporated Ег20з insulator thin films // Journal of Appl. Phys., 2004. V. 95.-№2.-P. 613-620.

49. Shih A., Yater J.E., Ног C., Abrams R. Oxidation of scandium films // Applied Surface Science, 2003. V. 211. - P. 136-145.

50. Богородицкий Н.П., Пасынков B.B., Басили P.P., Волокобинский Ю.М. Электрические свойства оксидов редкоземельных элементов//ДАН СССР, 1965. -Т.160. -№3. С.578-581.

51. Кофстад П. Отклонение от стехиометрии, диффузия и электропроводность в простых окислах металлов. М.: Мир, 1975. - 398 с.

52. Бацанов С.С., Григорьева Г.Н., Соколова Н.Н. Оптические свойства окислов редкоземельных металлов//Журнал структурной химии, 1962. Т.З. -№3. -С.339-342.

53. Дербенева С.С., Бацанов С.С. Ширина запрещенной зоны окислов редкоземельных металлов//ДАН СССР, 1967. Т.175. - №5. - С. 1062-1063.

54. Жузе В.П., Шелых А.И. Оптические свойства и электронная структура полуторных сульфидов и окислов редкоземельных металлов//ФТП, 1989. Т.23. - №3. - С.393-415.

55. Koleshko V.M., Babushkina N.V. Properties of rare earth oxide films//Thin Solid Films, 1979.-V.62.-P.1-4.

56. Лазарев В.Б., Краснов В.Г., Шаплыгин И.С. Электропроводность окисных систем и пленочных структур. М.: Наука, 1979. - 168 с.

57. Бацанов С.С., Дулепов Е.В. Диэлектрические проницаемости и заряды атомов в окислах редкоземельных металлов//ФТТ, 1965. Т.7. - №4. С. 12391241.

58. Гуттиерец У. Возможность использования окислов РЗМ при создании пленочных емкостных элементов и тонкопленочных активных элементов // Заруб, радиоэлектроника, 1966. № 1. - С. 86-90.

59. Кутолин С.А., Чернобровкин Д.И. Пленочное материаловедение редкоземельных соединений. М.: Металлургия, 1981. - 180 с.

60. Rozhkov V.A., Trusova A.Yu., Berezhnoy I.G. Silicon MIS-Structures with Ytterbium Oxide Films//Phys. Low-Dim. Struct., 1988. V. 7/8. - P. 7-16.

61. Rozhkov V.A., Trusova A.Yu., Berezhnoy I.G. Silicon MIS structures using samarium oxide films//Thin Solid Films, 1998. V.325. - P.151-155.

62. Рожков В.А., Петров А.И., Шаварина Е.А. Электрофизические свойствакремниевых МДП-варикапов с диэлектрической пленкой из оксида гадолиния // Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2000. -Т. 3 № 1. - С. 57-61.

63. Рожков В.А., Родионов М.А. Электрофизические свойства кремниевых

64. МДП-структур с диэлектрическими пленками из оксида иттрия и диспрозия // Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2004. -Т. 7 № 2. - С. 57-61.

65. Рожков В.А. Полупроводниковые слоистые структуры на основе пленок редкоземельных элементов и их соединений (силициды, оксиды и фториды): -Дис. докт. физ.-мат. наук. Самара, 1998. - 548 с.

66. Kwo J., Hong М., Kortan A.R., et. al. Properties of high к gate dielectrics Gd2C>3• and Y203 for Si //J. Appl. Phys., 2001. V.89. - N.7. - P.3920-3927.

67. Dimoulas A., Vellianitis G., Travlos A., Ioannou-Sougleridis V., Nassiopoulou

68. A.G. Structural and electrical quality of the high-A: dielectric Y203 on Si(001): Dependence on growth parameters// J. Appl. Phys., 2002. V.92. - N.l. - P.426-431.

69. Hsieh L.Z., Ко H.H., Kuei P.Y., Chang L.B., Jeng M.J. Hysteresis in gadolinium oxide metal-oxide-semiconductor capacitors// J. Appl. Phys., 2005. V.98. - 076110.

70. Mehandru R., Luo В., Kim J., Ren F., Gila B.P., Onstine A.H., Abernathy C.R., Pearton S.J., Gotthold D., Birkhahn R., Peres В., Fitch R., Gillespie J., Jenkins Т.,

71. Sewell J., Via D., Crespo A. AlGaN/GaN metal-oxide-semiconductor high electronmobility transistors using Sc203 as the gate oxide and surface passivation // Appl. Phys. Let., 2003. V.82. - N.l5. - P.2530-2532.

72. Xu Z., Daga A., Chen H. Microstructure and optical properties of dcandium oxide thin films prepared by metalorganic chemical-vapor deposition // Appl. Phys. Let., 2001. V.79. - N.23. - P.3782-3784.

73. Klenov D.O., Edge L.F., Schlom D.G., Stemmer S. Extended defects in epitaxial Sc203 films grown on (111) Si // Appl. Phys. Let., 2005. V.86. - 051901.

74. Hong M., Kortan A.R., Chang P., Huang Y.L., Chen C.P., Chou H.Y., Lee H.Y., ф Kwo J., Chu M.-W., Chen C.H., Goncharova L.V., Garfunkel E., Gustafsson T.

75. High-quality nanothickness single-crystal SC2O3 film grown on Si(l 11)// Appl. Phys. Let., 2005. V.87.- 251902.

76. Kortan A.N., Kopylov N., Kwo J., Hong M., Chen C.P., Mannaerts J.P., Liou S.H. Structure of Sc203 films epitaxially grown on а-А120з (0001) // Appl. Phys. Let., 2006. -V.88.- 021906.

77. Рожков B.A., Родионов M.A. Электрофизические свойства структур металл- оксид диспрозия оксид гадолиния - кремний // Письма в ЖТФ, 2004. - Т. 30.- №. 12.-С. 16-21.

78. Рожков В.А., Трусова А.Ю. Энергетические барьеры на межфазных границах в МДП системе Ме-УЬ203-81//ЖТФ, 1999. Т. 69. - Вып. 4. - С. 60-64.

79. Рожков В.А., Трусова А.Ю., Бережной И.Г. Энергетические барьеры и центры захвата в кремниевых МДП-структурах с диэлектриком из оксида самария и иттербия// Письма в ЖТФ, 1998. Т.24. - №6. - С.24-29.

80. Рожков В.А., Родионов М.А. Энергетические барьеры на межфазных границах в МДП-системе Al-E^Os-Si // Вестник СамГУ, 2004. Второй специальный выпуск. - С. 101-105.

81. Seguini G., Bonera Е., Spiga S., Scarel G., Fanciulli M. Energy-band diagram of metal/Lu203/silicon structures // Appl. Phys. Let., 2004. V.85. - N.22. - P.5316-5318.

82. Afanas'ev V.V., Stesmans A., Zhao C., Caymax M., Heeg Т., Shubert J., Jia Y., Schlom D.G., Lucovsky G. Band alignment between (100)Si and complex rare earth/transition metal oxides// Appl. Phys. Let., 2004. V.85. -N.24. - P.5917-5919.

83. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. M.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003. -488 с.

84. Данилин Б.С. Вакуумное нанесение тонких пленок. М.: Энергия, 1967. -312 с.

85. Данилин С.В. Получение тонкопленочных элементов микросхем. М.: Энергия, 1977. - 135 с.

86. Гурьянов A.M., Пашин А.В. Структурный анализ диэлектрических пленок оксидов редкоземельных металлов. Деп. в ВИНИТИ 16.11.2005 № 1483-В2005. -30 с.

87. Гурьянов A.M., Латухина Н.В., Лебедев В.М. Профили распределения компонентов в структурах оксид редкоземельного элемента кремний / Материалы и технологии XXI века. Сб. статей IV Междун. научно-техн. конф. -Пенза, 2006. - С. 23-26.

88. Дюмин А.Н., Еремин В.К., Конников С.Г., Лебедев В.М., Лукьянов Ю.Г., Строкан Н.Б. Количественный анализ глубинного распределения кислорода спомощью ядерной реакции на дейтронах//ЖТФ. 1993. - Т. 63. - Вып. 9. - С. 166-172.

89. Gavrilov G., Krivchitch A., Lebedev V. Application of nuclear reaction analysis for aging investigations of detectors//Nucl. Instr. Meth. 2003. - V. A515. - P. 108117.

90. Латухина H.B., Лебедев B.M. Распределение компонентов в структурах кремний-оксид кремния и кремний-оксид редкоземельного элемента//Письма в ЖТФ. 2005. - Т.31. - Вып. 13. - С. 58-64.

91. Mayer J.W., Rimini Е. Ion Beam Handbook for Material Analysis. New York: Academic Press, 1977. - 488 p.

92. Торопов Н.А., Бондарь И.А., Лазарев А.Н., Смолин Ю.И. Силикаты редкоземельных элементов и их аналоги. Л.: Наука, 1971. - 230 с.

93. Gurvitch М., Manchanda L., Gibson J.M. Study of thermally oxidized yttrium films on silicon//Appl. Phys. Lett. 1987. - V. 51(12). - P. 919-921.

94. Berning G.L.P., Theron C.C., Swart H.C. A real-time RBS study of the reaction of Tb and Dy with Si02//Applied Surface Science. 2000. - V. 157. - P. 129-134.

95. Rose A., Exarhos G.J. Ellipsometric studies of thermally induced transformation phenomena in oxide films//Thin Solid Films. 1997. - V. 308-309. - P. 42-49.

96. Аззам P., Башара H. Эллипсометрии и поляризованный свет. М.: Мир, 1981.-311 с.

97. Пшеницын В.И., Абаев М.И., Лызлов Н.Ю. Эллипсометрия в физико-химических исследованиях. Л.: Химия, 1986. - 152 с.

98. Громов В.К. Введение в эллипсометрию. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1986.- 192 с.

99. Резвый P.P. Эллипсометрия в микроэлектронике. М.: Радио и связь, 1983.- 120 с.

100. Основы эллипсометрии/Под ред. А.В.Ржанова. Новосибирск: Наука, 1979.-424 с.

101. Бернинг П.Х. Теория и методы расчета оптических свойств тонких пленок/Физика тонких пленок. Под ред. Г.Хасса. Т.1. М.:Мир, 1967. - С. 91151.

102. Биленко Д.И., Дворкин Б.А., Дружинина Т.Ю., Краснобаев С.Н., Полянская В.П. Эллипсометрия слоистых структур in situ (решение обратной задачи)//Оптика и спектроскопия. 1983. - Т. 55. - Вып. 5. - С. 885-890.

103. Rivory J. Characterization of inhomogeneous dielectric films by spectroscopic ellipsometry//Thin Solid Films. 1998. -N. 313-314. - P. 333-340.

104. Tonova D., Konova A. Depth profiling of inhomogeneous layers by ellipsometry//Surface Science. 1996. - N. 349. - P. 221-228.

105. Bortchagovsky E.G. Ellipsometric method for investigation of the optical anisotropy of thin films: theory and calculations//Thin Solid Films. 1997. - V.307. -P.192-199.

106. Herzinger C.M., Johs В., McGahan W.A., Paulson W. A multi-sample, multi-wavelength, multi-angle investigation of the interface layer between silicon and thermally grown silicon dioxide//Thin Solid Films. 1998. - N. 313-314. - P. 281285.

107. Свиташев К.К., Семененко А.И., Семененко JI.B. и др. О точности и чувствительности метода эллипсометрии/Юптика и спектроскопия. 1972. - Т. 33.-№4.-С. 742-747.

108. Archer R.J. Determination of films by the method of ellipsometry//J. Opt. Soc. Amer. 1962. - V. 52. - N. 9. - P. 970-977.

109. Holmes D.A. On the calculation of thin films refractive index and thickness by ellipsometry//Appl. Opticks. 1967. - V. 6. - N. 1. - P. 168-169.

110. Гурьянов A.M., Пашин A.B. Эллипсометрия тонких плёнок оксидов редкоземельных элементов//Материалы 63-й Всерос. научно-техн. конф. "Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика". Самара, 2006. - - С. 101-102.

111. Гурьянов A.M. Эллипсометрия тонких пленок оксидов редкоземельных элементов/Материалы и технологии XXI века. Сб. статей IV Междун. научно-техн. конф. Пенза, 2006. - С. 29-31.

112. Биленко Д.И., Полянская В.П., Гецьман М.А., Горин Д.А., Невешкин А.А., Ященок A.M. Влияние переходного слоя на результаты эллипсометрических исследований наноразмерных слоев//ЖТФ. 2005. - Т.75. - Вып. 6. - С. 69-73.

113. Рожков В.А., Родионов М.А., Пашин А.В., Гурьянов A.M. Оксид гадолиния. Новые диэлектрические структуры для СБИС//Вестник СамГУ.2004. -№ 4(34). С. 124-131.

114. Литовченко В.Г., Горбань А.П. Основы физики микроэлектронных систем МДП. Киев: Наукова думка, 1978.-313 с.

115. Райкерус П.А., Лалэко В.А. Физические основы пленочной электроники. -Петрозаводск: Изд-во Петрозаводского университета, 1987. 88 с.

116. Рожков В.А., Пирюшов В.А. Электрофизические свойства кремниевых МДП-систем с диэлектрической пленкой из оксида иттрия//Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2001. - Т. 4. - № 1. - С. 49-52.

117. Рожков В.А., Пирюшов В.А., Родионов М.А. Кремниевые МДП-структуры на основе тонких диэлектрических пленок из оксидов РЗЭ//Труды Международной конференции "Оптика, оптоэлектроника и технологии". -Ульяновск: УлГУ, 2002. С. 104.

118. Гурьянов A.M., Пашин А.В., Родионов М.А., Шалимова М.Б. Новые диэлектрические структуры для СБИС // Материалы 62-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР СГАСУ за 2004 г.

119. Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование Наука. Практика". Самара, 2005. - 4.1. - С. 231-233.

120. Гуртов В.А. Твердотельная электроника. М.: Техносфера, 2005. - 408 с.

121. Hsieh L.Z., Ко Н.Н., Kuei P.Y., Chang L.B., Jeng M.J. Hysteresis in gadolinium oxide metal-oxide-semiconductor capacitors // J. Appl. Phys., 2005. -V.98.-076110.

122. Сыноров В.Ф., Чистов Ю.С. Физика МДП-структур. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1989.-224 с.

123. Goetzberger A. Ideal MOS-curves for silicon // Bell System Technical Journal, 1966. V. 45. - N. 7. - P. 1097-1121.

124. Zerbst M. Relaxations effekte an halbeiter-isolater-grenzflachen//Z. Angew. Phys. 1966. - V. 22. N. - 1. - P. 3039-3046.

125. Гаман В.И. Физика полупроводниковых приборов. Томск: Изд-во HTJI, 2000. - 426 с.

126. Schroder D.K., Guldberg J. Interpretation of surface and bulk effects using the pulsed MOS capacitor//Solid State Electronics. 1971. - V. 14. - N. 12. - P.1285-1297.

127. Ржанов H.A. Электронные процессы на поверхности полупроводников. -М: Наука, 1971.-480 с.

128. Рожков В.А., Трусова А.Ю., Бережной И.Г. Электрофизические свойства МДП-структуры Al-Sm203-Si при нестационарном истощении поверхности полупроводника основными носителями заряда//Вестник СамГУ. 1996. - №2. -С. 113-121.

129. Powell R. J. Interface barrier energy determination from voltage dependence of photoinjected current // J. Appl. Phys., 1970. V. 41. - № 6. - P. 2424-2432.

130. Powell R. J., Berglund C.N. Photoinjection studies of charge distribution in oxide of MOS structures // J. Appl. Phys. 1971. - V. 42. - № 11. - P. 4390-4397.

131. Przewlocki H.M. Theory and applications of internal photoemission in the MOS system at low electric fields // Solid State Electronics. 2001. - V. 45. - P. 12411250.

132. Powell R. J. Photoinjection into Si02: use of optical interference to determine electron and hole contribution // J. Appl. Phys., 1969. V. 40. - № 13. - P. 10931101.

133. Berglund C.N., Powell R. J. Photoinjection into Si-Si02 : electron scattering in the image force potential well//J. Appl. Phys. 1971. - Vol. 42. - № 2. - P. 573-581.

134. Добрецов JI.H., Гомоюнова M.B. Эмиссионная электроника. М.: Наука, 1966.- 564 с.

135. Ламперт М., Марк П. Инжекционные токи в твердых телах. М.: Мир, 1973.-216 с.

136. Deal В.Е., Snow Е.Н., Mead С.A. Barrier energies in metal-silicon dioxide-silicon structures//! Phys. Chem. Sol. 1966. - V. 27. - № 11/12. - P. 1873-1879.

137. Goodman A.M. Photoemission of holes from silicon into silicon dioxide//Phys. Rev. 1966. - V.152. - P. 780-784.

138. Гуртов В.А. Основы физики структур металл-диэлектрик-полупроводник. -Петрозаводск: ПТУ, 1983. -92 с.

139. Родионов М.А. Свойства пленок оксидов редкоземельных элементов и кремниевых МДП-структур на их основе. Дис. канд. физ.-мат. наук. - Самара, 2005. - 133 с.

140. Afanas'ev V.V., Stesmans A., Edge L.F., Schlom D.G., Heeg Т., Schubert J. Band alignment between (100) Si and amorphous LaA103, LaSc03, and Sc203: Atomically abrupt versus interlayer-containing interfaces // Appl. Phys. Lett. 2006. -V.88.- 032104.

141. Фаренбух А., Бьюб P. Солнечные элементы. Теория и эксперимент. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 287 с.

142. Фурман Ш.А. Тонкослойные оптические покрытия. JL: Машиностроение, - 1977.-215 с.

143. Колтун М.М. Селективные оптические поверхности преобразователей солнечной энергии. М.: Наука, - 1987. - 215 с.

144. Крылова Т.Н. Интерференционные покрытия. Л.: Машиностроение, -1973.- 184 с.

145. Аношкин Ю.А., Петров А.И., Рожков В.А., Романенко Н.Н., Шалимова М.Б. Просветляющие покрытия из оксидов редкоземельных элементов для кремниевых фотоэлектрических приборов//Письма в ЖТФ. 1992. - Т. 18. -Вып. 10.-С. 54-58.

146. Аношкин Ю.А., Петров А.И., Рожков В.А., Шалимова М.Б. Просветляющие и пассивирующие свойства пленок оксидов и фторидов редкоземельных элементов//ЖТФ. 1994. - Т. 64. - Вып. 10. - С. 118-123.

147. Петров А.И., Рожков В.А. Рекомбинационные свойства кремния, пассивированного пленками оксидов редкоземельных элементов//Письма в ЖТФ. 1998. - Т. 24. - № 7. - С. 16-21.

148. Rozhkov V.A., Rodionov М.А., Shalimova М.В., Pashin A.V., Guryanov A.M. Antireflection and passivating coatings on the basis of rare earth element oxides for silicon devices//BecTHHK СамГУ. 2004. - № 4. - С. 112-123.

149. Рожков В.А., Родионов М.А. Просветляющие свойства пленок оксида эрбия//Письма в ЖТФ. 2005. - Т. 31. - Вып. 2. - С. 67-71.

150. Родионов М.А., Рожков В. А. Пассивация поверхности кремния диэлектрическими пленками из оксида эрбия//Письма в ЖТФ. 2005. - Т. 31. -Вып. 3. - С. 55-59.

151. Рожков В.А., Родионов М.А., Пашин А.В., Гурьянов A.M. Пассивация кремния диэлектрическими пленками из оксида иттрия и оксида диспрозия.

152. Труды VI международной конференции "Опто-, наноэлектроника, нанотехнологии и микросистемы". Ульяновск: УлГУ, 2004. С. 122.

153. Родионов М.А., Рожков В.А., Пашин А.В. Пассивация кремния двухслойными диэлектрическими пленками из оксида иттербия и оксида диспрозия//Письма в ЖТФ. 2004. - Т. 30. - Вып. 12. - С. 56-61.

154. Розеншер Э., Винтер Б. Оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2004. - 592 с.

155. Колтун М.М. Оптика и метрология солнечных элементов. М.: Наука, 1985.-280 с.

156. Рожков В.А., Родионов М.А., Гурьянов A.M., Пашин А.В. Просветляющие свойства пленок оксидов гольмия и скандия//Вестник СамГУ. 2005 г. - № 2. -С. 200-206.

157. Гурьянов A.M., Пашин А.В., Шалимова М.Б. Пассивирующие и просветляющие свойства пленок из оксида скандия//Материалы и технологии XXI века. Сборник статей III Международной научно-технической конференции. Пенза, 2005. - С. 65-68.

158. Гурьянов A.M., Пашин А.В., Родионов М.А., Шалимова М.Б. Просветляющие свойства пленок оксидов гольмия и скандия. "Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование Наука. Практика".

159. Материалы 62-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР СГАСУ за 2004 г. 4.1. Самара: СГАСУ. 2005 г. С. 228-230.

160. Шалимова К.В. Физика полупроводников. -М.: Энергия, 1971. 312 с.

161. Пека Г.П. Физические явления на поверхности полупроводников. Киев: Вища школа, 1984. - 214 с.