Влияние электрического поля на электронные процессы в стеклообразных полупроводниках

Файрушин, Альберт Рафикович

Влияние электрического поля на электронные процессы в стеклообразных полупроводниках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Файрушин, Альберт Рафикович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2004 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Влияние электрического поля на электронные процессы в стеклообразных полупроводниках»

Автореферат диссертации на тему "Влияние электрического поля на электронные процессы в стеклообразных полупроводниках"

На правах рукописи

ФАЙРУШИН Альберт Рафикович

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ЭЛЕКТЮННЫЕ ПЮЦЕССЫ В СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ

Специальность: 01.04.10 - Физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2004

Работа выполнена на кафедре "Полупроводниковая электроника" Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель: доктор физико - математических наук, профессор

Воронков Эдуард Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физико - математических наук, профессор

Аладинский Владимир Константинович

кандидат физико - математических наук Форш Павел Анатольевич

Ведущая организация: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе

РАН г. Санкт-Петербург

Зашита состоится_июня 2004 г. в аудитории_в_час._мин.

на заседании диссертационного совета Д 212.157.06 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: Москва, Красноказарменная ул., д._.

Отзывы (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан «_» мая 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.06 к.т.н., доцент •

Мирошникова И. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП) были открыты в середине 50-х годов Н.А. Горюновой и Б.Т. Коломий-цем. Выполненные в физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН, а также в ведущих исследовательских центрах мира, исследования свойств этих материалов стимулировали интерес к аморфным материалам и их применению. Совместными усилиями теоретиков и экспериментаторов были разработаны основы физики полупроводниковых материалов с неупорядоченной структурой, что позволило понять особенности электронных процессов в них и приступить к созданию принципиально новых материалов с аморфной или близкой к ним структурой. В качестве успешных примеров практической реализации этого направления можно привести широкое применение аморфных полупроводников в солнечных панелях, устройствах отображения информации, а также в качестве оптических запоминающих сред.

Вместе с тем, следует отметить, что, несмотря на весьма впечатляющие достижения, в направлении понимания свойств и применения некристаллических материалов сделан лишь первый шаг.

Одна из принципиальных особенностей некристаллических полупроводников заключается в том, что в них возможна генерация метастабильных дефектов с большими временами релаксации, взаимодействие которых может приводить к изменениям структуры за пределами ближнего порядка, то есть, материалы этого типа являются средами с памятью. Изучение электронных механизмов, приводящих к возникновению долговременной памяти, представляет принципиальный интерес, как с теоретической, так и прикладной точек зрения. К наиболее перспективным материалам для проведения экспериментов в данном направлении следует отнести халъкогенидные стеклообразные полупроводники. Объясняется это тем, что в них имеются, активно влияющие на локальную структуру, пары переменной валентности. Концентрация последних и их взаимодействие с ближайшим окружением зависят не только от состава материала и локальной температуры, но и от величины инжектированного в материал свободного заряда и локальной напряженности электрического поля, то есть именно эти материалы позволяют эффективно исследовать взаимодействие между возбужденной электронной подсистемой и атомной матрицей.

симой памяти, высокая радиационная стойкость которой открывает перспективу применения этих материалов в схемах специального назначения. Таким образом, исследование неравновесных электронных процессов в ХСП имеет не только научное, но и прикладное значение.

В связи с этим, основная цель работы заключается в исследовании влияния электрических полей на электронные процессы в стеклообразных полупроводниках, в частности, выяснении механизма электрического пробоя этих материалов и определении роли дефектов при его возникновении. Для достижения поставленной цели предполагалось решить следующие задачи:

1. экспериментально исследовать нелинейные эффекты, возникающие в ХСП в сильных электрических полях;

2. экспериментально изучить динамику развития электрического пробоя в ХСП;

3. экспериментально и теоретически изучить основные возможные механизмы пробоя ХСП;

4. создать модель пробоя ХСП, численно промоделировать отдельные стадии пробоя;

5. провести анализ полученных результатов и оценить возможность их обобщения на другие материалы с аморфной структурой.

Объекты и методы исследовании. Основными объектами исследований являются тонкие пленки халькогенидных стеклообразных полупроводников, сульфида и селенида мышьяка, а также пленки этих соединений с модифицирующими их состав добавками. На стадия исследования исходных образцов были использованы физико-химические, оптические и электрические методы анализа. Исследования нелинейных процессов в ХСП и динамики электрического пробоя осуществлялись с помощью высоковольтной импульсной техники и компьютеризированного измерительного стенда, разработанных для проведения данных экспериментов.

Научная новизна:

1. Выполнено комплексное исследование влияния сильных электрических полей на электрические свойства пленок селенида и сульфида мышьяка.

2. Выполнено исследование электрических и оптических свойств пленок се-ленида и сульфида мышьяка, модифицированных дипивалоилметанатом

г' европия, диэтилдитиокарбаматами европия, лантана, самария и празеодима.

3. Показано, что модификация пленок стеклообразных полупроводников комплексами редкоземельных элементов в зависимости от состава ХСП приводит как к повышению, так и понижению порогового пробивного поля. При этом, если структурная модификация сопровождается ростом коэффициен-

та оптического поглощения, то пороговое пробивное поле снижается, если структурная модификация приводит к снижению коэффициента оптического поглощения в длинноволновой области, то пороговое поле пробоя повышается.

4. На основании экспериментальных результатов предложена модель перколя-ционного электрического пробоя в стеклообразных полупроводниках.

5. Проведено моделирование основных стадий модели перколяционного пробоя.

Практическая ценность. Полученные результаты позволяют правильно интерпретировать эксперименты по исследованию .электрических свойств халь-когенидных стеклообразных полупроводников и их аналогов в высоких электрических полях, что способствует повышению надежности приборов, использующих тонкие пленки аморфных полупроводников и диэлектриков.

Результаты исследований могут быть использованы предприятиями, ведущими в настоящее время разработки микросхем энергонезависимой памяти, основанных на фазовых переходах и электромиграции примесей.

Результаты работы могут быть обобщены на другие многокомпонентные полупроводники и диэлектрики со структурой, близкой к аморфной. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Экспериментальные результаты комплексного исследования • электрических свойств тонких пленок селенида и сульфида.мышьяка в высоких электрических полях.

2. Экспериментальные результаты исследования электрических и оптических характеристик тонких пленок селенида и сульфида мышьяка, модифицированных органическими комплексами редкоземельных элементов.

3 Перколяционная модель пробоя и выполненные на ее основе численные расчеты.

4. Обобщение результатов работы на другие материалы с неупорядоченной структурой.

Реализация результатов. Основные результаты исследования вошли составной частью в работу, выполненную совместно МЭИ (ТУ) и НПО Всероссийский электротехнический институт по федеральной целевой программе "Интеграция" (per. № 753) в 1995 - 1999 гг. Разработанная автором в процессе выполнения работы микроконтроллерная плата управления экспериментом была им использована при создании одной из работ учебного практикума по курсу "Электроника и микроэлектроника". В 2002 г. на конкурсе работ МЭИ "Новые информационные технологии в области обучения" эта разработка была отмечена дипломом третьей степени. После апробации и дальнейшего усовершенствования аналогичная инструментальная плата была использована в лаборатор-

ном практикуме дистанционного обучения, различные варианты которого демонстрировались на выставках "Современная образовательная среда" (ВВЦ, 6-9 ноября 2002 г., 29 октября - 1 ноября 2003 года).

Апробация работы. Материалы диссертации изложены в 10 публикациях, которые приведены в списке опубликованных работ, а также докладывались на следующих конференциях и семинарах:

1. I Международный Семинар "Аморфные и Наноструктурные Халькогениды - Основы и Применения" (I International Workshop "Amorphous and Nanos,. nurtured Chalcogenides -Fundamentals and Applications"), Бухарест, Румыния, 25-28 июня 2001 г.

2. ХШ Международный симпозиум по Неоксидным и Новым Оптическим Стеклам (ХШ International Symposium on Non-Oxide Glasses and New Optical Glasses), Чехия, Пардубице, 9-13 сентября 2002 г.

3. Ш Международная конференция "Аморфные и микрокристаллические полупроводники", Санкт-Петербург, 2-4 июля 2002 г.

4. Международный научно-технический семинар "Шумовые и деградацион-ные процессы в полупроводниковых приборах", Москва, МЭИ.

5. Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", Москва, МЭИ.

Личный вклад автора. Автору принадлежат идеи постановки основных экспериментов, их реализация, включающая создание измерительных установок, получение и подготовку образцов к измерениям, сами измерения. Автору также принадлежат основные идеи, положенные в основу перколяционной модели пробоя, при этом им выполнены все эксперименты по ее доказательству. Им непосредственно составлены программы и выполнены численные расчеты по моделированию влияния электрического поля на преобразование дефектов ХСП, а также по моделированию динамики генерационно-рекомбинационных процессов при высоком уровне возбуждения в канале пробоя.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка публикаций автора и списка цитируемой литературы. Объем работы составляет 132 страницы, включая 118 рисунков, 5 таблиц, 4 приложения. Список цитируемой литературы содержит 107 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дано обоснование актуальности темы и практической значимости диссертации, а также сформулированы цель работы, её научная новизна, перечислены положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведены литературные данные об электронной структуре ХСП, влиянии сильных электрических полей на электрофизические характеристики тонких пленок ХСП.

Электрофизические свойства ХСП в значительной степени отличаются от свойств классических полупроводниковых материалов, что объясняется особенностями их структуры, которые обусловлены тем, что в состав данных материалов входят такие элементы VI группы как сера, селен и теллур. В атомах этих элементов только два р-электрона участвуют в образовании ковалентных связей с другими атомами, результатом чего является образование цепей и колец, что позволяет ряду авторов относить эти материалы к неорганическим полимерам, т.е. веществам, в которых линейный размер цепей может превышать размер повторяющегося звена химической цепи. Подвижность цепей и вероятность перехода от низкомолекулярного к высокомолекулярному состоянию возрастают при температурах, превышающих температуру стеклования - Т. Введение в состав ХСП элементов IV и V групп приводит к появлению поперечных связей и разветвлений, т.е. происходит переход к трехмерному структурированному полимеру. Именно эти структурные особенности, приводящие к образованию близкой к идеальной, непрерывной случайной сетки атомов, определяют многие характерные свойства ХСП: отсутствие сигнала электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), слабое (за некоторыми исключениями) влияние примесей на проводимость, фиксацию уровня Ферми,

Согласно имеющимся представлениям, высокая концентрация атомов с неподеленными электронными парами приводит к образованию в ХСП пар переменной валентности, которые в значительной степени ответственны за структурную метастабильность этих материалов и за возможность образования в них широкого спектра собственных дефектов. С помощью подобных дефектов возможно объяснить такие особенности ХСП как фотоструктурные превращения при облучении светом с энергией порядка ширины запрещенной зоны Е, значительный сдвиг пика спектра фотолюминесценции по сравнению с краем поглощения, особенности фотопроводимости, отсутствие ЭПР.

Отдельно в литературном обзоре рассмотрен вопрос о влиянии сильных электрических полей на электронные свойства ХСП. Непосредственное измерение подвижности электронов и дырок в ХСП осуществляется времяпролет-ной методикой. Согласно этим измерениям, значения критического паля, при которых в ХСП возникает предшествующее пробою лавинное умножение составляют (0.1-0.5) МВ/см . Подвижность дырок не превышает нескольких единиц см2/В с, для электронов значение подвижности на один - два порядка ниже. При этом сам перенос заряда в аморфных материалах имеет ряд особенностей.

Так, например, рассчитанная из температурной зависимости энергия активации подвижности уменьшается с ростом электрического поля, сама подвижность зависит от напряженности электрического поля и скорости его нарастания. Значение критического поля пробоя зависит от толщины образцов. Низкие значения подвижности, в особенности её зависимость от расстояния между электродами, а так же от температуры заставили некоторых авторов усомниться в возможности ударной ионизации в этих материалах. В качестве одного из альтернативных механизмов умножения носителей заряда был предложен рекомбина-ционный механизм с участием возбужденных близнецовых пар, позволивший

объяснить наблюдающиеся в эксперименте аномальные температурные зави-

симости .

Как показал анализ, работы, посвященные комплексному экспериментальному или теоретическому исследованию электрического пробоя в ХСП, среди публикаций отсутствуют. В то же время, имеется обширный материал, посвященный исследованию характерного для ХСП определенных составов, эффекта переключения. Этот эффект проявляется в повышении проводимости образца после подачи на него импульса напряжения, амплитуда которого превышает некоторое пороговое значение. В зависимости от состава ХСП, образец после снятия напряжения может восстанавливать исходное состояние или оставаться в состоянии с высокой проводимостью. Эффект является обратимым, что вызвало повышенный интерес к нему разработчиков энергонезависимой памяти, и стимулировало интенсивные исследования в этой области. Однако, полное понимание происходящих при переключении процессов достигнуто не было. Объясняется это, по-видимому, тем, что в период интенсивных исследований процессов переключения, отсутствовало адекватное понимание структурных особенностей материалов этого класса и их влияния на процессы элек-' тропереноса. Наиболее развитая электронно-тепловая модель эффекта переключения2 в полной мере не объясняет экспериментальные результаты. Достигнутые в последнее время успехи в области создания сверхминиатюрных элементов интегральных схем стимулировали разработчиков вновь вернуться к идее создания массивов памяти с элементами на основе ХСП, поскольку помимо таких привлекательных свойств как высокая радиационная стойкость и энергонезависимость, они позволяют осуществлять дальнейшее повышение

1 Arkhipov V.I., Kasap S.O. Is there avalanche multiplication in amorphous semiconductors? // J. of Non-Cryst. Solids. - 2000. - Vol. 266-269. - P. 959-963.

2 Электронные явления в халькогенидных стеклообразных полупроводниках / Под. ред. К.Д. Цэндина. - СПб.: Наука, 1996 - 486 с.

степени интеграции микросхем3. Вместе с тем, несмотря на то, что в создании современных микросхем памяти с использованием ХСП достигнут определенный прогресс, их широкое внедрение вряд ли станет возможным без обеспечения предъявляемых ко всем микросхемам требований высокой надежности. Последнее условие не достижимо без глубокого понимания процессов, происходящих в ХСП при высоких электрических полях.

На основании результатов анализа литературы, делается вывод о том, что имеющихся в публикациях данных не достаточно для понимания электронных процессов, происходящих в высоких электрических полях и приводящих к электрическому пробою халькогенидных стеклообразных полупроводников.

Во второй главе приведены данные о методике изготовления образцов, методах измерения их параметров, описана созданная для измерений аппаратура.

В качестве базовых в работе использованы два материала: селенид и сульфид мышьяка. Выбор этих материалов объясняется тем, что они являются наиболее типичными для материалов этого класса, их структура, физико-химические, электрические и оптические свойства хорошо изучены, что позволяет сравнивать параметры образцов, предназначенных для измерений, с имеющимися в литературе параметрами "эталонов". Отдельные измерения выполнены на материалах других составов. Для исследования влияния структурной модификации ХСП на характеристики пробоя были использованы органические комплексы редкоземельных элементов (РЗЭ): Ln(ddtc)jPhen, где Ln -Sm, Eu, Pr, La и Eu(thd)3Phen. Предполагалось, что внедрение модификаторов приводит к изменению энергетического спектра состояний в щели подвижности и пробивных характеристик материала за счет механического воздействия комплексов РЗЭ.

Измерения выполнялись на пленках с толщиной от 1 до 7 мкм, полученных при вакуумной конденсации термически испаряемого материала на подложках из стекла или кварца. Испарение могло осуществляться из двух источников. Второй источник был предназначен для испарения модифицирующего ХСП соединения.

' Для контроля исходных образцов использовались: элементный микроанализ, рентгенофазовыи анализ (дифрактометр "ДЮН-3"), термический анализ (дериватограф "Q-1560"), рентгенфлюоресцентный анализ (Spectroscan V), ИК-спекгры ("Perkm-Elmer 1720 FTIR", "1Ж-20") .спектры оптического поглоще-

3 Neale R. Amorphous nonvolatile memory: the past and the future'// Electronic Engineer-ing.-2001.-P. 67-78.

ния (спектрофотометр "UV-Vis 20 Shimadzu"), фотолюминесценция (спектрометр "S2000" фирмы Ocean Optics). Для контроля поверхности использовались: растровый электронный микроскоп "BS300 Tesla" (мин. разрешение 100 нм/см), атомно-силовой микроскоп "Soever Рго-НТ-МДТ" (мин. разрешение 10 нм/см), сканирующий электронный микроскоп "JEOL-840A". Толщина пленок контролировалась по интерференции (микроскоп иМИИ-4") и емкости структур (измеритель добротности "TESLA BM 560", /= 19 МГц и/= 60 кГц).

Электрические измерения в статическом режиме осуществлялись в диапазоне токов от Для измерений в диапазоне температур использовался охлаждаемый жидким азотом вакуумный криостат. Динамические измерения выполнялись с помощью специально собранных электронных схем на импульсах длительностью от 1 мкс при напряжениях до 4 кВ. Для получения больших массивов данных применялась специально собранная измерительная плата, данные с которой поступали на компьютер. Экспериментальные данные обрабатывались с помощью стандартных математических пакетов.

В третьей главе изложены основные экспериментальные результаты.

В начале главы представлены результаты измерения свойств образцов. Показано, что изготовленные пленки ХСП имели состав и морфологию, типичную для стеклообразных полупроводников. При введении модифицирующих комплексов РЗЭ в состав пленок ХСП, их морфология не изменялась при содержании комплексов в пленке до 1 ат. %. Внедрение комплексов в пленки ХСП контролировалось с помощью рентгенофлюоресцентного анализа, ИК-спектроскопии, спектров флюоресценции.

Измерения спектральных характеристик оптического поглощения показа, ли, что для модифицированных пленок ХСП коэффициент поглощения в длинноволновой области спектра отличался, по сравнению с данными по оптическому поглощению для пленок без модификаторов. Характер изменений зави-. сел от состава ХСП, в пленках селенида мышьяка при внедрении комплексов коэффициент оптического поглощения уменьшался, а в пленках сульфида с мышьяка увеличивался в области длинных волн спектра.

С целью выявления механизма, ответственного за рост электропроводности образцов при высоких электрических полях, были выполнены измерения зависимостей тока от электрического поля. Полученные данные были проанализированы путем их обработки на основе моделей, описывающих эмиссию Фаулера-Нордгейма, эмиссию Шоттки, эффект Пула-Френкеля. Ближе всего к измеренным характеристикам для селенида мышьяка оказались законы Шоттки и Пула-Френкеля, в образцах с сульфидом мышьяка зависимость тока от электрического поля имела линейный характер вплоть до полей, близких к пробив-

ным. Было также проведено исследование образцов с пленками ХСП, модифицированными комплексами РЗЭ. Установлено, что при введении модификаторов у пленок селенида мышьяка электропроводность при высоких электрических полях уменьшается, а у сульфида мышьяка растет.

Измерения временных рядов тока через образец при различных электрических полях показали, что в области нелинейности вольт-амперной характеристики, при полях, превышающих 2-Ю5 В/см, возможен время-зависимый пробой, заключающийся в медленном нарастании тока до перехода в пробой, при фиксированном напряжении на электродах. Время до пробоя могло достигать нескольких минут.

Исследование динамики импульсного пробоя показало, что во всех случаях пробою предшествовало время задержки, которое зависело от амплитуды импульса. Все вьшолненные на одном образце измерения хорошо воспроизводились, однако параметры пробоя имели разброс относительно некоторого среднего значения.

При измерении зависимости напряженности порогового пробивного поля от расстояния между электродами было установлено, что для межэлектродных расстояний менее 10 мкм, пороговое поле возрастало при увеличении расстояния между электродами. При расстоянии между электродами больше 100 мкм при увеличении межэлектродного промежутка пороговое поле уменьшалось.

Установлено влияние модификаторов на параметры электрического пробоя. После введения комплексов РЗЭ в сульфид мышьяка пороговое пробивное поле этих пленок уменьшалось. Для пленок селенида мышьяка модифицирование комплексами произвело обратный эффект, пробивное поле увеличилось.

Приведенные в данной главе эксперименты свидетельствуют о том, что нелинейный рост проводимости образцов в высоком электрическом поле не является результатом лавинного умножения.

На основе анализа экспериментов, выполненных в рамках работы, а также результатов исследований, опубликованных в литературе, было сделано заключение, что образование первичного канала пробоя обусловлено электронными процессами, стимулированными палевой ионизацией собственных дефектов и возникновением с их участием перколяционных каналов, на основе которых формируется токовый канал, в котором развивается пробой. При этом динамика формирования канала, а также параметры пробоя, должны зависеть от физической природы низкоэнергетических дефектов и характеристик случайного потенциала.

В четвертой главе рассматривается модель электрического пробоя в

хсп.

В приближении модели В0, В* центров выполнены численные оценки влияния электрического поля на преобразование дефектов и генерацию свободного заряда. Показано, что электрическое поле стимулирует процессы, ведущие к росту концентрации свободных носителей заряда. Полученный результат подтверждает возможность формирования перколяционного канала и роста концентрации электронов в нем за счет полевой ионизации дефектов.

Суть перколяционного пробоя можно сформулировать следующим образом: при увеличении электрического поля происходит эмиссия свободного заряда с дефектов, сопровождающаяся перераспределением электрического поля ц его локальным повышением между областями с высокой плотностью свободного заряда, что стимулирует развитие локальной эмиссии, перераспределение поля, и, в конечном счете, приводит к образованию пересекающего разрядный промежуток перколяционного канала. При этом основными механизмами, влияющими на образование канала, являются с одной стороны эмиссия свободного заряда с уже имеющихся центров, с другой образование в электрическом поле новых метастабилъных центров. Влияние полевой эмиссии (эффекта Пула-Френкеля) на зарождение пробоя в ХСП известно и учитывалось при построении электронно-тепловой модели2. Отличительная особенность предлагаемой модели заключается в том, что канал возникает в результате смыкания проводящих областей, генерируемых в высоком электрическом поле, а не в результате лавинного умножения и выделения в образце тепла. Другим важным моментом модели является допущение о генерация на стадии формирования шнура новых метастабильных дефектов. Генерация низкоэнергетических дефектов может стимулироваться не только электрическим полем, но и теплом, выделяющимся при рекомбинации, и в этом отношении данная модель смыкается с электронно-тепловой и может рассматриваться как её развитие. "Именно процесс генерации дефектов дает практически неограниченный источник свободных носителей заряда, как за счет реакций с участием уже сугцест-вующих центров так и за счет вовлечения в генерацию неподелен-

ных пар электронов.

Возникновение в высоком электрическом поле перколяционного пути яв-1 ляется необходимым условием для дальнейшего развития пробоя. Стадия пер-'коляционного пробоя должна определять такие важные характеристики пробоя - как время задержки и пороговое напряжение, зависимости времени задержки от перенапряжения и температуры, зависимость порогового напряжения от температуры.

При построении модели полагалось, что при нагреве материала и наложении внешнего электрического поля возможен термо-полевой разрыв наиболее слабых связей и ионизация дефектов. Образовавшийся при этом заряд локализуется вблизи дефекта. Через некоторое время связь может восстановиться и свободный заряд исчезнуть. Однако аналогичным образом свободный заряд может возникнуть в другом месте, так что при заданных условиях должна существовать некоторая, определяемая статистикой, средняя концентрация локальных областей со свободным зарядом. Таким образом, допускалось, что в плоском разрядном промежутке под действием электрического поля происходит случайная генерация областей с неравновесным свободным зарядом, локализованным в окрестности некоторых дефектов. Вероятность генерации заряда возрастает с увеличением значения температуры и локального электрического поля.

Моделирование осуществлялось на плоскости, разбитой на эквивалентные прямоугольные ячейки (рис. 1). Каждая ячейка могла иметь два состояния - проводящее (1) и непроводящее (0), которые сохранялись в описывающей образец матрице состояний (МС). Общее время процесса было равно числу расчетных циклов. Предполагалось, что происходящие в смежных циклах изменения состояний ячеек происходят через равные промежутки времени. Изменение каждого локального состояния определялось как состоянием МС, так и значением локального электрического поля и температуры в предыдущем цикле. При этом, повышение локального поля и температуры приводило к повышению вероятности генерации свободного заряда. Влияние электрического поля на вероятность генерации заряда учитывалось следующей зависимостью: р = 1 - Л-ехр(- ВЕ*/Т), где р - вероятность возникновения дефекта; М- степенной показатель; Е и Т, соответственно, нормированные значения напряженности электрического поля и температуры; А, В - величины, характеризующие свойства материал. •

Поле в незаполненной ячейке определялось как среднее арифметическое полей в канале, содержащем данную ячейку, и двух соседних. Поле в каждом канале было равно отношению напряжения, приложенного к образцу, к числу непроводящих ячеек в канале. Перколяционный путь образовывался смежными ячейками, находящимися в проводящем состоянии, как показано на рис.1 (темные квадраты). Момент возникновения замыкающего электроды канала, состоящего из локальных проводящих областей, принимается за начало пробоя. Время от момента приложения заданного напряжения до возникновения тока рассматривается как время задержки пробоя. После начала пробоя ток в разрядном промежутке возрастает по мере увеличения количества каналов и уменьшения областей, в которых отсутствует локализованный заряд.

Развивающийся канал освобождает заряд из соседних с ним локальных областей, что ведет к росту проводимости разрядного промежутка. Отдельные каналы могут разрываться, поскольку вероятность исчезновения свободного заряда остается конечной, что будет приводить к флуктуации тока. На рис. 2 показаны флуктуации тока на начальных стадиях пробоя, полученные в результате расчета и в эксперименте. Поскольку все заложенные в модель зависимости являются стохастическими, рассчитанные параметры и характеристики пробоя при одних и тех же условиях эксперимента имеют статистический разброс. Величина разброса определяется параметрами модели. На рис. 3 приведена рассчитанная гистограмма зависимости времени задержки от приложенного напряжения. Как рассчитанная, так и экспериментальная гистограммы могут быть описаны огибающей, характеризующей случайный процесс.

Электрод

Рис.1. Схема образования перколяционного пути

На рис.4 изображены рассчитанная и экспериментальная зависимости времени задержки от приложенного к структуре напряжения. Были также рассчитаны зависимости времени задержки пробоя и порогового напряжения от температуры (рис. 5, 6). С ростом температуры, как расчетное время задержки, так и расчетное пороговое напряжение пробоя монотонно уменьшались примерно так же, как и в эксперименте. На рис. 7 показано влияние расстояния между электродами на пороговое поле. Как видно из графиков, изменение пробивного поля с расстоянием между электродами соответствует экспериментальным результатам.

Таким образом, можно сделать заключение, что выполненное на основе модели перколяционного пробоя численное моделирование позволило получить характеристические зависимости, аналогичные зависимостям, наблюдаемым в экспериментах с ХСП.

4 Глебов А.С., Петров И.М. Физика и применение токовой неустойчивости в стеклообразных полупроводниках. - Рязань: Узорочье, 2000.- 256 с.

Дальнейшее развитие процесса после появления перколяционного пути зависит от режима возбуждения и параметров схемы. На основании анализа литературы и выполненных экспериментов можно предложить сценарий пробоя, включающий следующие основные стадии:

1. В условиях высокого электрического поля полевая ионизация и генерация метастабильных дефектов формируют канал перколяционного пробоя;

2. Перераспределение электрического потенциала вдоль перколяционного канала приводит к образованию домена высокого поля;

3. Генерация электронно-дырочной плазмы в области домена высокого поля и перемещение фронта домена вдоль перколяционного канала формируют канал с высокой проводимостью;

4. На заключительной стадии тепловой разогрев ведет к разрушению канала, если не приняты специальные меры по ограничению мощности.

Выполненный численный анализ движения домена высокого поля в длинном разрядном промежутке показал, что нелинейная концентрационная зависимость рекомбинации от электрического поля должна приводить к периодическим колебаниям температуры домена. Полученный результат позволяет объяснить наблюдаемые в эксперименте колебания температуры при формировании трека пробоя5.

В заключительном разделе главы проведен анализ применимости полученных результатов к другим материалам. На основе литературных данных показано, что предложенная в данной работе модель перколяционного пробоя пленок ХСП в последние годы начала широко использоваться для объяснения пробоя в сверхтонких подзатворных диэлектриках МОП транзисторов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

На основании выполненной экспериментальной работы, предложенных для объяснения экспериментальных результатов моделей и численных расчетов можно сделать следующие выводы.

1. Выполненные исследования статических и динамических характеристик образцов ХСП показали, что возникающие при высоких электрических полях нелинейные процессы не могут быть объяснены в рамках модели лавинного умножения.

' Воронков Э.Н. Импульсный пробой пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников в присутствии магнитного поля // ФТП. -1999. - Т.ЗЗ, Вып.8. - С.996-1000.

2. Показано, что модификация пленок ХСП комплексами редкоземельных элементов в зависимости от состава ХСП может приводить как к повышению, так и понижению порогового пробивного поля. При этом если структурная модификация сопровождается ростом коэффициента оптического поглощения, то пороговое поле снижается, если структурная модификация приводит к снижению коэффициента оптического поглощения в длинноволновой области, то пороговое поле пробоя повышается.

3. Исследования зависимости параметров пробоя от расстояния между электродами показали, что для образцов с разрядным промежутком, не превышающим нескольких микрометров, пороговое электрическое поле пробоя возрастало при увеличении межэлектродного расстояния. При расстоянии между электродами больше 100 мкм при увеличении межэлектродного промежутка пороговое поле уменьшалось.

4. Для объяснения полученных результатов предложена модель перколяци-онного пробоя, в рамках которой возникновение электрического пробоя происходит в результате смыкания локальных проводящих областей, возникающих в сильных электрических полях при ионизации дефектов материала.

5. Численным моделированием перколяционного пробоя получены следующие характеристики: флуктуации тока при напряжении, близком к пороговому; разброс значений времени задержки при фиксированном пробивном напряжении; зависимости времени задержки от пробивного напряжения; температурные зависимости времени задержки и порогового напряжения; зависимости порогового электрического поля от расстояния между электродами. Результаты расчета согласуются с экспериментальными характеристиками.

6. Показано, что перколяционная модель может быть применена к другим материалам с аморфной структурой.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Файрушин А.Р., Савинов И.С. Влияние полевой ионизации атомов диэлектрика на ток утечки в МОП структуре// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. 10 Международной научн.-техн. конф. аспирантов и студентов. 2-3 марта 2004 г. - М., 2004. - С.246.

2. Савинов И.С., Файрушин А.Р. Моделирование динамики пробоя с использованием стохастических закономерностей// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. 10 Международной научн.-техн. конф. аспирантов и студентов. 2-3 марта 2004 г. - М., 2004. - С.242.

3. Файрушин А.Р., Савинов И.С. Формирование стримерного пробоя в тонких пленках стеклообразных полупроводников // Шумовые и деградаци-онные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология): Материалы докл. научн. техн. семинара. 3-6 декабря 2002 г. - М, 2003. - С.224-228.

4. Любимцев А.С., Сотенко А.С., Файрушин А.Р. Расчет напряженности электрического поля и исследование явлений пробоя в планарных структурах с применением ЭВМ // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. 9 Международной научн.-техн. конф. аспирантов и студентов. 4-5 марта 2003 г. - М., 2003. - С.216-217.

5. Файрушин А.Р., Воронков Э.Н. Моделирование стримерного пробоя в тонких пленках стеклообразных полупроводников. // Аморфные и микрокристаллические полупроводники: Сборник трудов Ш Международной конференции. 2-4 июля 2002 г. - Санкт-Петербург, 2002. - С.181.

6. Файрушин А.Р. Исследование микроплазменного пробоя в тонких пленках стеклообразных полупроводников // Журнал оптоэлектроники и передовых материалов. 2001. - Т.З, №2. - С. 499-502. (на англ. языке)

7. Электрофизические свойства халькогенидных стеклообразных полупроводников, модифицированных комплексными соединениями редкоземельных элементов / С.А. Козюхин, Н.П. Кузьмина, А.Р. Файрушин // Неоксидные и новые оптические стекла: Материалы ХШ Международного симпозиума. 9-13 сентября 2002 г. - Чехия, Пардубице, 2002. - Т.2. - С. 600-602. (на англ. языке)

8. Дудников А.С., Файрушин А.Р., Воронков Э.Н. Экспериментальное исследование деградации пленок аморфных полупроводников и диэлектриков в высоких электрических полях // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология): Материалы докл. научн. техн. семинара. 29 ноября - 3 декабря 1999 г. -М., 2000. - С.166-169.

9. Файрушин А.Р. Исследование предпробойных состояний в пленках А12Оз // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. 6 Международной научн.-техн. конф. аспирантов и студентов. 1-2 марта 2000 г. - М., 2000.-С.196-197.

10. Файрушин А.Р. Пробой в аморфных материалах // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. 7 Международной научн.-техн. конф. аспирантов и студентов. 27-28 февраля 2001 г. - М., 2001. - С.204-205.

Подписано в печать НСд-С^,Зад. Тир. Пл. 4 Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Файрушин, Альберт Рафикович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.

1.1. Электронная структура халькогенидных стеклообразных полупроводников.

1.2. Особенности электронного спектра дефектов с отрицательной корреляционной энергией.

1.3. Идентификация собственных дефектов в ХСП.

1.4. Влияние электрического поля на.подвижность носителей заряда и ударную ионизацию.

1.5. Электрический пробой халькогенидных стеклообразных полупроводников.:.

1.5.1. Пробой коротких разрядных промежутков.

1.5.2. Пробой длинных разрядных промежутков.

1.6. Постановка и обоснование задач исследования.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И СРЕДСТВ ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1. Методика исследования.

2.2. Экспериментальные образцы.

2.2.1. Типы экспериментальных образцов.

2.2.2. Стеклообразные полупроводники.

2.2.3. Нанесение пленок ХСП.

2.2.4. Модификаторы.

2.3. Аппаратное обеспечение эксперимента.

2.3.1. Требования к измерительным устройствам.

2.3.2. Экспериментальный стенд для измерения динамических характеристик пробоя

2.3.3. Стенд для измерения электропроводности пленок ХСП.

2.3.4. Измерение временных рядов тока.

2.4. Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В

ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ.

3.1. Исследования исходных образцов.

3.1.1. Методы исследования исходных образцов.

3.1.2. Определение состава и структуры пленок селенида и сульфида мышьяка.

3.1.3. Определение состава и структуры пленок селенида и сульфида мышьяка, модифицированных комплексами РЗЭ.

3.1.4. Измерение оптического поглощения исследуемых пленок.

3.1.5. Измерение вольтамперных характеристик.64

3.1.6. Измерение температурной зависимости электропроводности.

3.2. Измерение параметров электрического пробоя коротких разрядных промежутков.

3.2.1. Измерение времени задержки и порогового напряжения при импульсном пробое.

3.2.2. Время-зависимый пробой.

3.2.3. Измерение многократного пробоя.

3.2.4. Анализ влияния комплексов РЗЭ на параметры пробоя.

3.2.5. Измерение характера шумов при различных электрических полях.

3.3. Измерение параметров электрического пробоя длинных разрядных промежутков.

3.4. Выводы.

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОБОЯ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.

4.1. Механизм перколяционного пробоя ХСП.

4.2. Моделирование перколяционного пробоя.

4.2.1. Влияние электрического поля на генерацию свободного заряда.

4.2.2. Моделирование перколяционного канала в электрическом поле.

4.3. Заключительный этап перколяционного пробоя.

4.4. Оценка возможного применения рассмотренной модели к другим аморфным материалам, а так же элементам энергонезависимой памяти на основе ХСП.

4.5. Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Влияние электрического поля на электронные процессы в стеклообразных полупроводниках"

Актуальность темы. Хапькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП) были открыты в середине 50-х годов Н.А. Горюновой и Б.Т. Коло-мийцем /1/. Выполненные в физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН, а также в ведущих исследовательских центрах мира, исследования свойств этих материалов стимулировали интерес к аморфным материалам и их применению. Совместными усилиями теоретиков и экспериментаторов были разработаны основы физики полупроводниковых материалов с неупорядоченной структурой /2-4/, что позволило понять особенности электронных процессов в них и приступить к созданию принципиально новых материалов с аморфной или близкой к ним структурой. В качестве успешных примеров практической реализации этого направления можно привести широкое применение аморфных полупроводников в солнечных панелях, устройствах отображения информации, а также в качестве оптических запоминающих сред.

Одна из принципиальных особенностей некристаллических полупроводников заключается в том, что в них возможна генерация метастабильных дефектов с большими временами релаксации, взаимодействие которых может приводить к изменениям структуры за пределами ближнего порядка. То есть, материалы этого типа можно отнести к средам с памятью. Изучение электронных механизмов, приводящих к возникновению долговременной памяти, представляет принципиальный интерес, как с теоретической, так и прикладной точек зрения. К наиболее перспективным материалам для проведения экспериментов в этом направлении следует отнести халькогенидные стеклообразные полупроводники. Объясняется это тем, что в них имеются, активно влияющие на локальную структуру, пары переменной валентности. Концентрация последних и их взаимодействие с ближайшим окружением зависят не только от состава материала и локальной температуры, но и от величины инжектированного в материал свободного заряда и локальной напряженности электрического поля, т.е. именно эти материалы позволяют эффективно исследовать взаимодействие между возбужденной электронной подсистемой и атомной матрицей.

Повышение степени интеграции современных полупроводниковых схем привело к тому, что разработчики вновь обратили внимание на функциональные двухэлектродные элементы памяти /5/, и в ряде ведущих фирм начались разработки микросхем памяти на основе ХСП. Проектировщиков привлекает, прежде всего, возможность разработки на их основе элементов энергонезависимой памяти, высокая радиационная стойкость которой открывает перспективу применения этих материалов в схемах специального назначения. Таким образом, исследование неравновесных электронных процессов в ХСП имеет не только научное, но и прикладное значение.

1. экспериментально исследовать нелинейные эффекты, возникающие в ХСП в сильных электрических полях;

2. экспериментально изучить динамику развития электрического пробоя в ХСП;

3. экспериментально и теоретически изучить основные возможные механизмы пробоя ХСП;

4. создать модель пробоя ХСП, численно промоделировать отдельные стадии пробоя;

5. провести анализ полученных результатов и оценить возможности их обобщения на другие материалы с аморфной структурой;

Объекты и методы исследований. Основными объектами исследований являются тонкие пленки халькогенидных стеклообразных полупроводников, сульфида и селенида мышьяка, а также пленки этих соединений с модифицирующими их состав добавками. На стадии исследования исходных образцов были использованы физико-химические, оптические и электрические методы анализа. Исследования нелинейных процессов в ХСП и динамики электрического пробоя проводились с помощью высоковольтной импульсной техники и компьютеризированного измерительного стенда, разработанных для проведения данных экспериментов.

Научная новизна:

2. Выполнено исследование электрических и оптических свойств пленок селенида и сульфида мышьяка, модифицированных дипивалоилметана-том европия, диэтилдитиокарбаматами европия, лантана, самария и пра зеодима.

3. Показано, что модификация пленок ХСП комплексами редкоземельных элементов в зависимости от состава ХСП может приводить как к повышению, так и понижению порогового пробивного поля. При этом если структурная модификация сопровождается ростом коэффициента оптического поглощения, то пороговое поле снижается, если структурная модификация приводит к снижению коэффициента оптического поглощения в длинноволновой области, то пороговое поле пробоя повышается.

4. На основании экспериментальных результатов предложена модель перко-ляционного электрического пробоя в стеклообразных полупроводниках.

5. Проведено моделирование основных стадий предложенной модели пробоя

Практическая ценность. Полученные результаты позволяют правильно интерпретировать эксперименты по исследованию электрических . свойств халькогенидных стеклообразных полупроводников и их аналогов в высоких электрических полях, что способствует повышению надежности приборов, использующих тонкие пленки аморфных полупроводников и диэлектриков. •

Результаты работы могут быть обобщены на другие многокомпонентные полупроводники и диэлектрики со структурой, близкой к аморфной.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Экспериментальные результаты комплексного исследования электрических свойств тонких пленок селенида и сульфида мышьяка в высоких электрических полях.

3. Перколяционная модель пробоя и выполненные на ее основе численные расчеты.

4. Обобщение результатов работы на другие материалы с неупорядоченной структурой.

Реализация результатов. Основные результаты исследования вошли составной частью в работу, выполненную совместно МЭИ (ТУ) и НПО Всероссийский электротехнический институт по федеральной целевой программе "Интеграция" (per № 753) в 1995 - 1999 гг. Разработанная А.Р. Файруши-ным в процессе выполнения работы микроконтроллерная плата управления экспериментом была им использована при создании одной из работ учебного практикума по курсу "Электроника и микроэлектроника". В 2002 г. на конкурсе работ МЭИ "Новые информационные технологии в области обучения" эта разработка была отмечена дипломом третьей степени. После апробации и дальнейшего усовершенствования аналогичная инструментальная плата была использована в лабораторном практикуме дистанционного обучения, различные варианты которого демонстрировались на выставках "Современная образовательная среда" (ВВЦ, 6-9 ноября 2002 г., 29 октября - I ноября 2003' года).

1. I International Workshop "Amorphous and Nanostructured Chalcogenides (Fundamentals and Applications)", Бухарест, Румыния, 25-28 июня 2001 г.

2. XIII International Symposium on Non-Oxide Glasses and New Optical Glasses, Чехия, Пардубице, 9-13 сентября 2002 г.

3. Ill Международная конференция "Аморфные и микрокристаллические полупроводники", Санкт-Петербург, 2-4 июля 2002 г. 4. Международный научно-технический семинар "Шумовые и деградаци-онные процессы в полупроводниковых приборах", Москва, МЭИ. 5. Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", Москва, МЭИ. Личный вклад автора. Автору принадлежат идеи постановки основных экспериментов, их реализация, включающая создание измерительных установок, получение и подготовку образцов к измерениям, сами измерения. Автору также принадлежат основные идеи, положенные в основу перколяци-онной модели пробоя, при этом им выполнены все эксперименты по ее доказательству. Им непосредственно составлены программы и выполнены численные расчеты по моделированию влияния электрического поля на преобразование дефектов ХСП, а также по моделированию динамики генерационно-рекомбинационных процессов при высоком уровне возбуждения в канале пробоя.

I. ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКЛООБРАЗНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

4.5. Выводы

1. Численный расчет показал, что предложенная модель перколяционного пробоя позволяет объяснить основные, наблюдаемые в эксперименте, зависимости: дисперсию параметров пробоя, зависимость времени задержки от величины приложенного напряжения, зависимость времени задержки и напряжения пробоя от температуры. Количественное соответствие между результатами расчета и эксперимента может быть получено при выборе соответствующих параметров модели. Полученные результаты подтверждают применимость перколяционной модели для описания импульсного пробоя ХСП.

В приближении модели D°, D+, D" центров выполнены численные оценки влияния электрического поля на преобразование дефектов и генерацию свободного заряда. Показано, что электрическое поле стимулирует процессы, ведущие к росту концентрации свободных носителей заряда. В рамках принятых допущений для свободных носителей заряда в высоких полях получены концентрации электронов порядка 10|7см'3. Полученный результат подтверждает возможность формирования перколяционного канала и роста концентрации электронов в нем за счет полевой генерации дефектов.

Выполненный численный анализ движения домена высокого поля в длинном разрядном промежутке показал, что нелинейная концентрационная зависимость рекомбинации от электрического поля должна приводить к периодическим колебаниям температуры домена. Полученный результат позволяет объяснить колебания температуры "горячего пятна", наблюдаемые в эксперименте.

На основе анализа литературы показано, что предложенная в данной работе модель перколяционного пробоя пленок последние годы начала использоваться для объяснения пробоя в сверх тонких подзатворных диэлектриков МОП транзисторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

4. Для объяснения экспериментальных результатов предложена модель перколяционного пробоя, в рамках которой возникновение электрического пробоя происходит в результате смыкания локальных проводящих областей, возникающих в сильных электрических полях при ионизации дефектов материала.

Численным моделированием перколяционного пробоя рассчитаны такие характеристики как флуктуации тока при напряжении, близком к пороговому; разброс значений времени задержки при фиксированном пробивном напряжении; зависимости времени задержки от пробивного напряжения; температурные зависимости времени задержки и порогового напряжения; зависимости порогового электрического поля от расстояния между электродами. Результаты расчета согласуются с экспериментально полученными зависимостями.

Показано, что перколяционная модель может быть применена к другим материалам с аморфной структурой.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

Файрушин А.Р., Савинов И.С. Влияние полевой ионизации атомов диэлектрика на ток утечки в МОП структуре// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. 10 Международной научн.-техн. конф. аспирантов и студентов. 2-3 марта 2004 г. - М., 2004. - С.246. Савинов И.С., Файрушин А.Р. Моделирование динамики пробоя с использованием стохастических закономерностей// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. 10 Международной научн.-техн. конф. аспирантов и студентов. 2-3 марта 2004 г. - М., 2004. -С.242.

Файрушин А.Р., Савинов И.С. Формирование стримерного пробоя в тонких пленках стеклообразных полупроводников // Шумовые и дегра-дационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология): Материалы докл. научн. техн. семинара. 3-6 декабря 2002 г. - М., 2003. - С.224-228.

Любимцев А.С., Сотенко А.С., Файрушин А.Р. Расчет напряженности электрического поля и исследование явлений пробоя в планарных структурах с применением ЭВМ // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. 9 Международной научн.-техн. конф. аспирантов и студентов. 4-5 марта 2003 г. - М., 2003. - С.216-217. Файрушин А.Р., Воронков Э.Н. Моделирование стримерного пробоя в тонких пленках стеклообразных полупроводников. // Аморфные и микрокристаллические полупроводники: Сборник трудов III Международной конференции. 2-4 июля 2002 г. - Санкт-Петербург, 2002. -С.181.

Файрушин А.Р. Исследование микроплазменного пробоя в тонких пленках стеклообразных полупроводников // Журнал оптоэлектроники и передовых материалов. 2001. - Т.З, №2. - С. 499-502. (на англ. языке)

Электрофизические свойства халькогенидных стеклообразных полупроводников, модифицированных комплексными соединениями редкоземельных элементов / С.А. Козюхин, Н.П. Кузьмина, А.Р. Файрушин // Неоксидные и новые оптические стекла: Материалы XIII Международного симпозиума. 9-13 сентября 2002 г. - Чехия, Пардубице, 2002. - Т.2. - С. 600-602. (на англ. языке) Дудников А.С., Файрушин А.Р., Воронков Э.Н. Экспериментальное исследование деградации пленок аморфных полупроводников и диэлектриков в высоких электрических полях // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология): Материалы докл. научн. техн. семинара. 29 ноября - 3 декабря 1999 г. - М., 2000. - С. 166-169.

Файрушин А.Р. Исследование предпробойных состояний в пленках АЬОз // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. 6 Международной научн.-техн. конф. аспирантов и студентов. 1-2 марта 2000 г. - М., 2000. - С. 196-197.

Файрушин А.Р. Пробой в аморфных материалах // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. 7 Международной научн.-техн. конф. аспирантов и студентов. 27-28 февраля 2001 г. - М., 2001. -С.204-205.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Файрушин, Альберт Рафикович, Москва

1. Горюнова Н.А., Коломиец Б.Т. Новые стеклообразные полупроводники // Изв. АН СССР. Сер. физ. 1956. Т.20, №12. - С. 1496-1501.

2. Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. М.: Мир, 1974.

3. Губанов А.И. Квантово-электронная теория аморфных полупроводников. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1963.

4. Электронные явления в халькогенидных стеклообразных полупроводниках / Под. ред. К.Д. Цэндина, СПб.: Наука, 1996.

5. Kastner M. Bonding bands, lone-pair bands, and impurity states in chalco-genide semiconductors // Phys. Rev. Lett. 1972. - Vol. 28, № 6. - P. 355357.

6. Anderson P.W. Model for the electronic structure of amorphous semiconductors // Phys. Rev. Lett. 1975. - Vol. 34, № 15. - P. 953-955.

7. Adler D., Yoffa E.J. Electronic structure of Amorphous semiconductors // Phys. Rev. Lett. 1976. - Vol. 36, №20. - P. 1197-1200.

8. Habbard J. Electron correlation in narrow energy bands // Proc. Roy. Soc. A -1963.- Vol. 276.- P.238 .

9. Street R.A., Mott N.F. States in the gap in glassy semiconductors // Phys. Rev. Lett. 1975. - Vol. 35, № 19. - P. 1293-1296.

10. Kastner M., Adler DM Fritzsche H. Valence-alternation model for localized gap states in lone-pair semiconductors // Phys. Rev. Lett. 1976. - Vol. 37, №22.-P. 1504-1507.

11. Неупорядоченные полупроводники / Под. ред. Айвазова А.А. М.: Высшая. школа, 1995.

12. Kastner М., Hudgens S.J. Evidence for the neutrality of luminescence centres in chalcogenide glasses// Phil. Mag. B. 1978. - Vol.37, №2.- P. 199-215.

13. Kastner M. Defects in lone-pair semiconductors: the valence-alternation model and new directions // Journ. of Non-Cryst. Solids/ 1980. Vol. 35-36. -P. 807-817.

14. Попов H.A. Новая модель в халькогенидных стеклообразных полупроводниках// Письма в ЖЭТФ. 1980. - Т.31, № 8. - С. 139-142.

15. Попов Н.А. Квазимолекулярные дефекты в халькогенидных стеклообразных полупроводниках// ФТП. 1981. - Т. 15, № 2. - С.369-374.

16. Фельц. А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела. М.: Мир, 1986.

17. Дембовский С.А., Зюбин А.С., Григорьев Ф.В. Моделирование гипервалентных конфигураций, пар с переменной валентностью, деформированной структуры и свойств a-S и #-As2S3 // ФТП. 1998. - Т.32, №8. С. 944-951.

18. Monch W. On the physics of avalanche breakdown in semiconductors // Phy. stat. sol. 1969. - Vol. 36, № 9. - P. 9 - 48.

19. Аладинский В.К. Теоретическое и экспериментальное исследование электронных процессов при пробое р-п переходов и некоторые аспекты их практического применения: Диссертация докт. физ.-мат. наук. ФИАН СССР им. П.Н. Лебедева. М., 1974. '

20. Шелл Э. Самоорганизация в полупроводниках. Неравновесные фазовые переходы в полупроводниках, обусловленные генерационно-рекомбинационными процессами. М.:Мир, 1991.

21. Hole drift mobility in цс-Si-H / G. Juska, M. Viliunas, K. Arlauskas et. al. // J. Appl. Phys. 2001. - Vol. 89, № 9. - P. 4971 -4974.

22. Kastner M.A. The peculiar motion of electrons in amorphous semiconductors //Properties of amorphous materials. 1985. - №4. - C. 381-396.

23. Brown F.C. Temperature Dependence of Electron Mobility in AgCl // Phys. Rev. 1955. - Vol. 97, № 2. - P. 355-362.

24. Scher H., Montroll E.W. Anomalous transit-time dispersion in amorphous solids // Phys. Rev. B. 1975. - Vol. 12, №6. - P. 2455-2477.

25. Hartke J.L. Drift Mobilities of Electrons and Holes and Space-Charge-Limited Currents in Amorphous Selenium Films // Phys. Rev. 1962. - Vol. 125, №4.-P. 1177-1192.

26. Rudenko A.I., Arkhipov V.I. Drift and diffusion in materials with traps. I. Quasi-equilibrium transport regime // Phil. Mag. B. 1982. - Vol. 45, №2. -P. 177- 187.

27. Rudenko A.I., Arkhipov V.I. Drift and diffusion in materials with traps. III. Analysis of transient current and transit time characteristics // Phil. Mag. B. -1982. Vol. 45, №2. - P. 209 - 226.

28. Juska G., Arlauskas K., Viliunas M. Extraction Current Transients: New Method of Study of Charge Transport in Microcrystalline Silicon // Phys. Rev. Lett. 2000. - Vol. 84, № 21. - P. 4946-4949.

29. Juska G., Arlauskas K., Montrimas E. // Features of carriers at very high electric fields in a-Se and a-Si:H // J. Non-Cryst. Solids. 1987. - Vol. 97,98. -P. 559-562.

30. Hot electrons in amorphous silicon / G. Juska, K.Arlauskas, К. Kocka et al.// Phys. Rev. Lett. 1995. - Vol. 75, № 16. - P. 2984-2987.

31. Колобаев В.В. Возникновение генерационно-рекомбинационной неустойчивости в тонкопленочных структурах // ФТП. 1999. -т.ЗЗ, Вып.4. - с.423-424.

32. Arkhipov V.I., Kasap S.O. Is there avalanche multiplication in amorphous semiconductors? // J. of Non-Cryst. Solids. 2000. - Vol. 266-269. - P. 959963.

33. Коломиец Б.Т., Лебедев Э.А. Вольт-амперная характеристика точечного контакта со стеклообразным полупроводником // Радиотехника и электроника. 1963. - Т. 8, Вып. 12. - С. 2097-2098.

34. Ovshinsky S.R. Reversible electrical switching phenomena in disordered structures // Phys. Rev. Lett. 1968. - Vol. 21, № 20. - P. 1450-1453.

35. Ovshinsky S.R., Fritzsche H. Amorphous semiconductors for switching, memory and imaging applications // IEEE Trans. Electron. Dev. 1973. -Vol. ED-20, №2. - P. 91-105.

36. Adler D., Henisch H.K., Mott N. The mechanism of threshold switching in amorphous alloys // Reviews of modern physics. 1978. - Vol. 50, № 2. - P. 209-221.

37. Petersen E.A., Adler D. On state of amorphous threshold switches // J. Appl. Phys. 1976. - Vol. 47, № 1. - P. 256-263.

38. Petersen E.A., Adler D. Electronic nature of amorphous threshold switching // Appl. Phys. Lett. 1975. Vol. 27, № 11. - P. 625-627.

39. Adler D. Switching phenomena in thin films // J. Vac. Sci. Technol. 1973. -Vol. 10, №5.-P. 728-738.

40. Adler D., Moss S.C. Amorphous memories and bistable switches // J. Vac. Sci. Technol. 1972. - Vol. 9, № 4. - P. 1182-1190.

41. Walsh P.J., Vogel R., Evans E. Conduction and electrical switching in amorphous chalcogenide semiconductor films // Phys. Rev. 1969. - Vol. 178, № 3.-P. 1274-1279.

42. Vezzolli G.C., Walsh P.J., Doremus L.W. Threshold switching and the on-state in non-crystalline semiconductors. An interpretation of threshold switching research//J. Non-Cryst. Solids. 1975.-Vol. 18, № 3. - P. 333-373.

43. Коломиец Б.Т., Лебедев Э.А., Цэндин К.Д. Электронно-тепловая природа низкоомного состояния, возникающего при переключении ХСП // ФТП.- 1981.-Т. 15,№2.-С. 304-310.

44. Henisch Н.К., Pryor R.W., Ventura G.J. Characteristics and mechanism of threshold switching // J. Non-Cryst. Solids. 1972. - Vol. 8-10. - P. 415-421.

45. Бонч-Бруевич B.JI., Звягин И.П., Миронов А.Г. Доменная электрическая неустойчивость в полупроводниках. М.:Наука, 1972.

46. Костылев С.А., Шкут В.А. Электронное переключение в аморфных полупроводниках. К.: Наукова думка, 1978.

47. Меден А., Шо М. Физика и применение аморфных полупроводников. М.: Мир, 1991.

48. Глебов А.С., Петров И.М. Физика и применение токовой неустойчивости в стеклообразных полупроводниках. Рязань: Узорочье, 2000.

49. Gill М., Lowrey Т., Park J. Ovonic Unified Memory A High-performance Nonvolatile Memory Technology for Stand Alone Memory and Embedded Applications // Proceedings of 2002 IEEE International Solid State Circuits Conference, 2002.

50. Lai S. "OUM A 180 nm Non-Volatile Memory Cell Element Technology For Stand Alone and Embedded Applications" // Proceedings of IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), 2001.

51. Ovshinsky S.R. Amorphous materials the key to new devices // IEEE Proc. of CAS.- 1998.- Vol. 1.-P.33.

52. Chalcogenide-based non-volatile memory technology / J. Maimon, E. Spall, R. Quinn, S. Schnurr// IEEE Aerospace. 2001.

53. Total dose radiation response and high temperature imprint characteristics of chalcogenide based RAM resistor elements / S.Bernacki, K. Hunt, S. Tyson et al. // IEEE Trans. Nuc. Sci. 2000. - Vol. 47, № 6. - P. 2528-2533.

54. Neale R. Amorphous nonvolatile memory: the past and the future // Electronic Engineering. 2001. - P. 67-78.

55. Full integration and reliability evaluation of phase-change RAM based on O.24um-CMOS technologies / Y.N. Hwang, S.H. Lee, S.Y. Lee et al. // Proceedings of VLSI technology. 2003.

56. Gopalan C., Balakrishnan M., Kozicki M.N. Programmable Metallization Cell memory// Observed laboratory results, Arizona State University, 2003.

57. Коломиец Б.Т., Лебедев Э.А., Рогачев H.A. Шпунт B.X. Световое излучение при переключении в халькогенидных стеклах // ФТП. 1972. - Т. 6, Вып 1. - С. 197-199.

58. Walsh P.J., Sachio I., Adler D. Electroluminescence from the on state of a thin-film chalcogenide glass // Appl. Phys. Lett. 1978. - Vol. 37, № 7. - P. 593-595.

59. Vezzolli G.C. Radative emission during the threshold on-state of a chalcogenide amorphous semiconductor // J. Appl. Phys. 1978. - Vol. 49, № 6. -P. 3614-3615.

60. Thompson M.J., Pooladej D., Walsh P.J. Norrow band infrared emission studies from chalcogenide threshold switches // J. Non. Cryst. Solids. 1980. -Vol. 35&36.-P. 1111-1116.

61. Van Roosbroeck W. Electronic basis of switching in amorphous semiconductor alloys//Phys. Rev. Lett. 1972.-Vol. 28, № 17.-P. 1120-1126.

62. Исследование процессов восстановления и природа низкоомного состояния, возникающего при переключении в халькогенидных стеклообразных полупроводниках / Коломиец Б.Т., Лебедев Э.А., Таксами И.А., Цэндин К.Д.//ФТП.- 1983.-Т. 17, № 1.-С. 119-124.

63. Chen H.S., Wang Т.Т. On the theory of switching phenomena in semiconducting glasses // Phys. Status. Solidi. 1970. - Vol.2, № 1. - P. 79-84.

64. Mott N.F. Conduction in non-crystalline systems. VII. Nonohmic behaviour and switching // Phil. Mag. 1971. - Vol. 24, № 190. - P. 911 -934.

65. Mott N.F. Conduction in non-crystalline systems. II. The on-state of the threshold switches // Phil. Mag. 1975. - Vol. 32, № 11. - P. 159-171.

66. Ламперт M., Марк П. Инжекционные токи в твердых телах. М.: Мир, 1973.• 72. Shaw М.Р., Holmberg D.H., Kostylev S.A. Reversible switching in thin amorphous chalcogenide films-electronic effects // Phys. Rev. Lett. 1973. -Vol. 31, №8.-P. 542-545.

67. Fritzsche H., Ovshinsky S.R. Electronic conduction in amorphous semiconductors and the physics of the switching phenomena // J. Non-Cryst. Solids. -1970.-Vol. 2.-P. 393-405.

68. Lee S.H. The on-state in chalcogenide threshold switches// Phys. Rev. Lett. -1972. Vol. 21, № 11. - P. 544-546. ■

69. Цэндин К.Д. Качественная микроскопическая электроннотепловая модель эффекта переключения в халькогенидных стеклообразных полупроводниках // Стеклообразные полупроводники: Тез. докл. всес. совещания, Ленинград, 2-4 октября, 1985. Л.: 1985.

70. Electrical nature of the lock-on filament in amorphous semiconductors/ Ta-naka K., Lizima S., Suji M., Kikuchi M. // Sol. St. Commun. 1970. - Vol. 8, № I. - P. 75-78.

71. Барышев В.Г., Верейкин Е.В., Орешкин П.Т. Явления переключения на поверхности стеклообразного CdGeAs2 // ФТП. 1971. - Т. 5, № 1. - С. 77-80.

72. Исследование распределения температуры в элементах памяти в процессе формирования шнуров / Вихров С.П., Глебов А.С., Денисов A.JL, Ам-пилогов В.Н. // Физика полупроводников и микроэлектроника. Рязань. -1977.-Вып. 4.-С. 20-23.

73. Воронков Э.Н. Импульсный пробой пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников в присутствии магнитного поля // ФТП. 1999. -Т.ЗЗ, Вып.8.-С.996-1000.

74. Voronkov E.N. Pulsed breakdown of chalcogenide glassy semiconductor films // J. of Optoelectronics and Adv. Materials. 2002. - Vol.4, № 3. - P. 793-798.

75. Боровов Г.И., Воронков Э.Н. Оценка скорости включения халькогенид-ного стекла и величины переносимого заряда по форме канала, образованного в магнитном поле // ФТП. 1986. - Т. 16. Вып. 12. - С. 750-751.

76. Курохтин С.В., Воронков Э.Н. Токовая нестабильность в халькогенидных стеклообразных полупроводниках, помещенных в магнитное поле // Материаловедение, 1997.-№6-7. - С.39-41.

77. Григорьев Ф.В. Квантово-химическое исследование строения стабильных структурных дефектов в ХСП и моделирование связанных с ними свойств. Диссертация кандидата химических наук. ИОНХ им. Курнако-ва.-М., 2001.

78. Борисова З.У. Халькогенидные полупроводниковые стекла. JI: Издательство Ленинградского университета, 1983.

79. Chinnery D.N.W. Some aspects of simultaneous evaporation techniques // Optica Acta. 1985. - Vol.32, № 5. - P. 557-572.

80. Изучение процесса вакуумного термического испарения халькогенидно-го стекла / B.C. Минаев, В.Р. Дарашкевич, А.С. Глебов и др. // Физика полупроводников и микроэлектроника. Рязань. 1975. - Вып.1. - С. 216221.

81. Попов А.И. Управление свойствами халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП) и их конденсатов путем структурной модификации материала // Аморфные полупроводники-84: Сб. докл.конф., Габ-рово, 17-22 сентября 1984. 1984.-Т. 1. - С. 151-154.

82. Volatile lanthanide diethyldithiocarbamates as precursors for lanthanide sulfide film deposition / N.P. Kuzmina, R.A. Ivanov, S.E. Paramonov, L.I. Mar-tynenko // Electrochemical Society Proceedings. 2002. - Vol. 97, № 25. -C.880-885.

83. Синтез и кристаллическая структура разнолигандного комплекса дипи-валоилметаната лантана с орто-фенантролином / Л.Х. Миначева, А.Ю. Рогачев, Н.П. Кузьмина, B.C. Сергиенко // ЖНХ. 2003. - Том 48, №12. -С. 1822-1829.

84. Кристаллическая структура комплекса трис(диэтилдитиокарбамато) иттербия с о-фенантролином. / Н.П. Кузьмина, Р.А. Иванов, А.Б. Илюхин, С.Е. Парамонов // Координационная химия. 2002. - Том 28, №9.-С. 713-715.

85. Полуэктов Н.С., Кононенко Л.И., Ефрюшина Н.П., Бельтюкова С.В. Спектрофотометрические и люминесцентные методы определения лантаноидов. Киев: Наук. Думка, 1989.

86. Гайдук М.И., Золин В.Ф., Гайгерова Л.С. Спектры люминесценции европия. М.: Наука, 1974.

87. Ельяшевич М.А. Спектры редких земель. М.: Гостехтеоретиздат, 1953.

88. Я.Г.Клява. Правило Урбаха и континуальная неупорядоченность в некристаллических твердых телах// Физика твердого тела. 1985. - Т.27, №5. - С. 1350-1353.

89. Hori Т. Gate dielectrics and MOS ULSI's principles, technologies and applications. Berlin: Springer-Verlag, 1997.

90. Frenkel J. On pre-breakdown phenomena in insulators and electronic semiconductors // Phys. Rev. 1938. - Vol. 54. - P. 647-648.1. W'

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

92. Suehle J.S. Ultrathin Gate Oxide Reliability: Physical Models, Statistics, and Characterization // IEEE Transactions on electron devices. 2002. - Vol. 49, №6. -P. 958-971.

93. Quasi-breakdown of ultrathin gate oxide under high field stress / S.H. Lee et al. // IEDM Tech. Dig. 1994. - P. 605-608.

94. Explanation of soft and hard breakdown and its consequences for area scaling

95. M.A. Alam et al. // IEDM Tech. Dig. 1997. - P.449-452.

96. Sune J., Miranda E. Post soft breakdown conduction in Si02 Gate Oxides // IEDM Tech. Dig. 2000. - P. 533-536.

97. Шустер Г.Г. Детерминированный хаос. M.: Мир, 1988.

98. Percolation path and dielectric-breakdown-induced-epitaxy evolution during ultrathin gate dielectric breakdown transient process / Chih Hang Tung et al. // Appl. Phys. Lett. 2003. - Vol. 83, № 11. - P.224-227.

99. New insights in the relation between electron trap generation and the statistical properties of oxide breakdown / R. Degraeve et al. // IEEE Trans, on EI.

100. Dev. 1998. - Vol.45, № 4. - P. 904-911.

101. Model for the current-voltage characteristics of ultrathin gate oxides after soft breakdown / M. Houssa, T. Nigam, P. W. Mertens, M. M. Heyns // J. of Appl. Phys. 1998. - Vol. 84, № 15. - C.4351 - 4355.