Влияние примеси углерода на формовку и электрофизические параметры МДМ-структур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

На правах рукописи /

Сахаров Юрий Владимирович

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСИ УГЛЕРОДА НА ФОРМОВКУ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МДМ-СТРУКТУР

01.04.04 - физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТОМСК 2006

Работа выполнена в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники.

Научный руководитель: доктор технических наук,

доцент, заведующий кафедрой «Физическая электроника» Троян Павел Ефимович (ТУСУР, г. Томск)

Официальные оппоненты: доктор технических няук,

профессор, заведующий кафедрой «Неорганическая химия» Козин Владимир Васильевич (ТГУ, г.Томск)

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Гынгазов Сергей Анатольевич (ТПУ, г. Томск)

Ведущая организация: Институт автоматики и электро-

метрии СО РАН (г. Новосибирск)

Защита состоится « 4 » октября 2006 г. в 9 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.268.04 в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу: г. Томск, пр. Ленина 40, ауд. 230.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТУСУРа. Автореферат разослан « 29 » августа 2006 г. Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук Акулиничев Ю.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в электронике возрастает потребность в разработке и создании принципиально новых приборов, обладающих высокой эффективностью, долговечностью и надежностью в условиях значительного уменьшения размеров, вплоть до манометровых. К классу таких приборов относятся формованные системы металл-диэлектрик-металл (МДМ), которые могут использоваться как ненакаливаемые источники электронов, элементы памяти, датчики давления.

В результате электрической формовки, осуществляемой путем приложения электрического напряжения между обкладками тонкопленочной конденсаторной МДМ-системы, происходят необратимые локальные изменения структуры, приводящие к образованию так называемых формованных каналов (ФК). Наличие ФК делает МДМ-систему принципиально новым объектом по сравнению с исходной конденсаторной структурой, у которой появляются такие свойства, как А-образная вольтамперная характеристика (ВАХ), эмиссия электронов в вакуум, электролюминесценция, эффекты переключения и памяти. В силу перечисленных свойств формованные МДМ-системы могут быть использованы в ряде приборов твердотельной и вакуумной электроники. Так, на их основе можно создать новые энергонезависимые элементы памяти для запоминающих устройств ЭВМ, эффективные ненакаливаемые эмиттеры электронов, датчики давления и т.д.

Эмиттеры электронов на основе формованных МДМ-систем отличаются от широко используемых термокатодов малой инерционностью, низкими значениями температуры, потребляемой мощности, а также возможностью изготовления их в матричном исполнении, что позволяет создать на их основе плоский дисплей для отображения информации. Актуальность создания таких дисплеев не вызывает сомнения, поскольку они будут практически лишены недостатков, сочетая в себе все достоинства электронно-лучевых трубок и жидкокристаллических дисплеев.

Однако, несмотря на это, практического применения формованные МДМ-структуры пока не получили. Причина состоит в низком уровне электронной эмиссии (по сравнению с термокатодами), малым сроком службы, что обуслов-

лено недостаточной изученностью процессов в формованных МДМ-структурах. Анализируя тенденции в современной эмиссионной электронике, можно выделить углерод, как перспективный материал, способствующий повышению уровня электронной эмиссии тонкопленочных автокатодов (катодов Спиндта). Аналогичных исследований для формованных МДМ-структур не проводилось, что открывает перспективы для улучшения их параметров и возможности их практического применения.

Актуальность этого исследования заключается еще и в том, что оно охватывает неизученную область: влияние углерода на параметры диэлектрических пленок. Паромасляные и механические насосы, широко используемые для получения вакуума, приводят к значительному повышению концентрации углеводородов в вакуумной камере. Адсорбируясь на распыляемых поверхностях, углерод участвует в процессах зарождения и роста диэлектрических пленок, что в конечном итоге сказывается на свойствах получаемого диэлектрика. Выявление механизма такого влияния позволит во многом прогнозировать поведение диэлектрика и управлять его свойствами в процессе изготовления.

Таким образом, тема диссертационной работы, направленная на исследование эмиссионных свойств в формованных МДМ-структурах с примесью углерода, а также на исследование влияния примеси углерода на электрические и физические параметры неформованных МДМ-струюур, представляется актуальной.

Целью работы являлось: исследование влияния примеси углерода на формовку МДМ-структур, исследование эмиссионных свойств и деградационных процессов в формованных МДМ-структурах с примесью углерода в рабочем диэлектрике, исследование влияние примеси углерода на электрические и физические параметры неформованных МДМ-сгруктур, Научная новизна работы: 1. Впервые исследована роль углерода, внедренного в рабочий диэлектрик, на протекание физических процессов при электрической формовке МДМ-структур. Предложен механизм влияния примеси углерода на электрическую формовку.

2. Установлено влияние примеси углерода на свойства неформованного диэлектрика. Выявлено, что примесь углерода, внедренная в рабочий диэлектрик, приводит к увеличению его пористости и оказывает значительное влияние на диэлектрические свойства.

3. Обнаружено уменьшение скорости деградационных процессов в формованных МДМ-структурах при внедрении углерода в рабочий диэлектрик. Практическая ценность работы:

1. Достигнута плотность электронной эмиссии 0,075 А/см2 у структур Мо-8Ю2+С-А1, что в 10-15 раз выше чем у аналогичных образцов без примеси углерода.

2. Выявлено снижение скорости деградационных процессов в формованных структурах Мо-8Ю2+С-А1, что приводит к увеличению срока службы эмиттера электронов на основе МДМ-структур.

3. Отработана технология получения диэлектрика с контролируемым числом пор. Полученные результаты были востребованы ФГНУ НИИ ЯФ при ТПУ (г. Томск) для проведения исследований в области создания трековых мембран.

4. Отработана технология получения пленок аморфного углерода. На настоящий момент эта технология востребована ФГНУ НИИ ЯФ при ТПУ (г. Томск) для проведения исследований в области создания рентгеновского волновода, выполняемых в рамках гранта РФФИ.

Практическая значимость результатов работы подтверждается их внедрением и использованием при выполнении НИОКР в ряде организаций (НИИ ЯФ при ТПУ, СФТИ при ТГУ, Новосибирским МНЦТЭ, НПФ «Микран»), Положения, выносимые на защиту:

1. Введение углерода в рабочий диэлектрик приводит к увеличению его пористости и, как следствие, к изменению кинетики образования ФК: ФК образуются за меньшее время (около 10-20 мкс, что в 5-10 раз меньше чем у аналогичных структур без примеси углерода); из шарообразных вздутий преимущественно за счет интенсивного газовыделения со стороны рабочего диэлектрика. При этом уменьшаются размеры ФК (до 0,08-0,15 мкм), а также

увеличивается их количество на единицу площади, что существенно изменяет характер течения процесса электрической формовки и электрические свойства формованной МДМ-структуры.

2. Введение углерода в пленку рабочего диэлектрика приводит к увеличению в 10-15 раз плотности эмиссионного тока в формованных структурах Мо-5Ю2+С-А1, что обусловлено как увеличением числа ФК на единицу площади, так и изменением непосредственно структуры и свойств ФК.

3. Введение углерода в пленку рабочего диэлектрика приводит к существенному уменьшению скорости деградационных процессов в формованных МДМ-структурах, что объясняется уменьшением сквозного тока протекающего через единичный ФК с 25-30 мкА/канал до 5-10 мкА/канал (соответственно уменьшается выделяющаяся в ФК мощность), а также перераспределением напряжения на отдельных ФК вследствие падения напряжения на узких перешейках на поверхности пленки верхнего электрода (ВЭ), соединяющих отдельные ФК при увеличении их плотности.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и опубликованы в трудах: региональной научно-технической конференции студентов и молодых специалистов (Томск, 1999), всероссийской молодежной научной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектро-нике (Санкт-Петербург, 1999), международной конференции "Физика диэлектриков" (Диэлектрики-2000, С.-Петербург), международных конференциях по вакуумной электронике (Китай, Гуавджоу 1УМС-2000; США, Далас 1УМС-2001), международных конференциях АПЭП (2000, 2002, 2004, Новосибирск), региональной научной конференции «Научная сессия ТУСУР 2004» (Томск, 2004).

Личный вклад автора заключается в постановке задач исследования, получении всех экспериментальных результатов, их обработки и обсуждении, формулировке моделей и механизмов процессов, создании технологических устройств и разработке технологических процессов. Основные результаты, составляющие научную новизну диссертации и выносимые на защиту, получены автором лично.

Достоверность обеспечена использованием современной диагностической аппаратуры, практическим применением полученных результатов в организациях и на предприятиях.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 3 в центральных отечественных журналах, 1 в зарубежном журнале.

Структура диссертации. Диссертация состоит из четырех глав и заключения с общим объемом 148 страниц, 95 иллюстраций, 3 таблицы. Список цитируемой литературы включает 137 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность, основные цели, научная новизна, практическая ценность работы и личный вклад автора. Излагается краткое содержание диссертации, формулируются положения, выносимые на защиту.

В первой главе, на основе анализа литературных данных, проводится обзор современного состояния вопроса формовки МДМ-структур. Показано, что процесс формовки является самостоятельным процессом, протекающим в МДМ-структурах с аморфным диэлектриком, и имеет значительные отличия от процесса пробоя. Рассмотрен ряд работ посвященных закономерностям процесса формовки, факторам, влияющим на процесс формовки, а также явлениям, наблюдаемым в отформованных МДМ-структурах: электронная эмиссия в вакуум, электролюминесценция, эффекты переключения и памяти.

В заключении главы приводится постановка задачи исследования.

Во второй главе приводится технология изготовления исследуемой структуры Мо-БЮг+С-А!, описание используемой диагностической аппаратуры и методика проведения экспериментов. Приведено описание конструкции подложки типа «керн»,' обеспечивающей простоту изготовления МДМ-структуры Мо-8Ю2+С-А1 (рис, 1).

Описана технология легирования диэлектрика 8Ю2 примесью углерода (БЮг+С с различной концентрацией углерода в пленке). Рабочий диэлектрик Б1О2+С наносился путем магнетронного распыления составной мишени состоящей из кремниевой мишени, на которую помещались графитовые диски. Нанесение рабочего диэлектрика осуществлялось в кислородосодержащей

атмосфере при давлении в вакуумной камере (б+4)х10"3мм рт.ст. Количество углерода, вводимого в пленку БЮз, варьировалось путем изменения площади занимаемой графитовыми дисками на кремниевой мишени - 5С. Шаг изменения соответствовал одному графитовому диску, что составляло около б % от зоны распыления кремниевой мишени. Толщина диэлектрика для исследования процесса формовки составляла 30 нм, для электрических исследований неформованных образцов около 100 нм.

В качестве нижнего электрода использовался торец молибденового стержня подложки типа керн (рис. 1). В качестве верхнего электрода использовались пленки алюминия толщиной 20 нм нанесенные термическим испарением в вакууме.

защитный диэлектрик,

810, ¿=500 нм контакт к ВЭ,

Рис. I. Схематическое изображение подложки типа «керн»(а) и готовой структуры Мо-ЯЮг+С-А! (б): 1- молибденовый стержень, 2 - металлический обод, 3 - стекло.

Для исследования поверхности использовался электронный просвечивающий микроскоп УЭМВ-100К и растровый электронный микроскоп JEM-100CXII с растровой приставкой ASID-4D(JEOL, Japan).

Третья глава посвящена исследованию процесса формовки в структурах Mo-SiOa+C-Al с различной концентрацией углерода в пленке. Проведенные исследования показали, что введение углерода в рабочий диэлектрик изменяет электрические параметры формованных МДМ-структур M0-S1O2+C-AI:

увеличивается скорость формовки Уф (изменение сквозного тока /0 протекающего через МДМ-структуру, за время V, Уф =Д/уДг), причем отжиг образцов способствует ускорению процесса формовки (рис. 2); уменьшается время формовки 1ф (время, прошедшее от начала роста сквозного тока до момента его относительной стабилизации) (рис. 3);

Рис.2. Зависимость скорости формовки от Рис.3. Зависимость времени формовки от количества углерода, вводимого в пленку количества углерода, вводимого в пленку диэлектрика. диэлектрика.

увеличивается уровень электронной эмиссии (рис. 4);

V увеличивается количество ФК на единицу площади Л^;

^ уменьшается скорость деградации (под деградацией понимаются все

процессы, приводящие к уменьшению эмиссионного тока) (рис. 5), и

скорость разрастания ФК (скорость увеличения их размеров во времени).

и,

мкА

- 5с=0%

Г

12 16 (, час

Рис. 4. Зависимость абсолютных значений Рис. 5. Зависимость эмиссионного тока от вре-эмиссионных токов от 5С. при {>=12 В. мени формовки при постоянном напряжении

12 В в откачиваемой системе с паромасляной системой откачки при различных значениях

Изменения электрических свойств формованных МДМ-структур

Мо-БЮг+С-А! начинают проявляться при больших количествах углерода,

введенного в пленку рабочего диэлектрика (5С >24%) и напрямую зависят от Проведенные исследования позволили выявить причину произошедших изменений. Выявлено, что при введении углерода в пленку рабочего диэлектрика образуются ФК малых размеров (0,08-0,15 мкм), количество которых определяется значением При этом происходит изменение кинетики образования самих ФК: ФК образуются за меньшее время (около 10-20 мкс) из шарообразных «вздутий», образующихся за счет интенсивного газовыделения с пленки рабочего диэлектрика. Затем эти вздутия «лопаются», превращаясь в формованные каналы. В случае же классической структуры Мо-8Ю2-А1, ФК образуются за счет локального плавления пленки ВЭ за время 90-150 мкс с характерными размерами 0,5+1 мкм. Это существенно изменяет свойства формованных МДМ-структур Мо-8Ю2+С-А1:

такой механизм образования ФК способствует приподниманию пленки ВЭ и образованию нанометрового зазора между рабочим диэлектриком и пленкой ВЭ. Электрические поля в нанозазоре, ускоряют эмитированные электроны, увеличивая их энергии и способствуя выходу в вакуум (рис. 6);

а) б)

Рис. 6. Схематическое изображение развития ФК в структурах Мо-8Юг+С-А1 (а) и в структурах Мо-БЮг -А1 (б).

малые размеры ФК способствуют локализации электрического поля в канале, что приводит к увеличению энергии электронов и вероятности выхода их в вакуум. Это способствует увеличению уровня электронной эмиссии с единичного ФК;

увеличение плотности ФК способствует увеличению общего уровня электронной эмиссии с формованной структуры Мо-БЮг+С-А! и уменьшению скорости деградационных процессов за счет падения напряжения на узких

перешейках соединяющих отдельные ФК;

взрывообразный процесс отрыва пленки ВЭ снижает попадание материала ВЭ в тело ФК, что уменьшает его проводимость и разрастание ФК за счет диффузии материала ВЭ вглубь ФК. Измерения проводимости единичного канала показало, что происходит уменьшение сквозного тока протекающего через единичный канал (рис. 7). В результате чего мощность, выделяемая единичным ФК, снижается со значения 240 мкВт до 48 мкВт, следовательно уменьшается и скорость деградационных процессов, приводящих к разрастанию ФК и отступлению пленки ВЭ;

взрывообразный процесс отрыва пленки ВЭ, уменьшающий попадание материала ВЭ в ФК, влияет и на сам уровень электронной эмиссии с единичного канала, повышая его. Материал ВЭ, попав во внутренние области ФК, экранирует положительный поверхностный заряд, присутст-

Рис. 7. Зависимость сквозного тока, вующий на поверхности формованного ди-протекающего через единичный ФК для _

структуры Мо-5Ю2+С-А1 от . электрика. Это приводит к уменьшению ад-

сорбционных центров на поверхности формованного диэлектрика, которые во многом определяют уровень эмиссионного тока ФК. При этом атомы ВЭ, диффундируя вглубь ФК под действием высоких температур развивающихся в ФК, могут создавать в формованном диэлектрике ловушечные центры способные захватывать эмитированные электроны.

Основной вывод по третьей главе: изменение электрических свойств формованной структуры Мо-5Ю2+С-А1, при увеличении количества углерода введенного в пленку рабочего диэлектрика, связано с изменением кинетики образования ФК и увеличением их количества на единицу площади.

Четвертая глава посвящена исследованию свойств неформованного диэлектрика БЮ2+С при введении в него примеси углерода. Проведенные исследования неформованных структур Мо-8Ю2+С-А1 с различным содержанием углерода в пленке рабочего диэлектрика показали, что:

введение углерода в пленку БЮг приводит к увеличению проводимости структур Мо-8502+С-А1 (рис. 8). При этом происходит смена механизма электропроводности: в структурах Мо-5Ю2+С-А1 с 5С<48% преобладает проводимость по механизму Шоттки, а при больших количествах углерода введенного в пленку рабочего диэлектрика 5(Г>48%) наблюдается проводимость по механизму Пула — Френкеля;

при увеличении количества углерода, введенного в пленку рабочего диэлектрика, происходит снижение диэлектрической проницаемости и увеличение тангенса угла диэлектрических потерь (рис. 9).

Рис. 8. Зависимость проводимости неформован- Рис. 9. Зависимость относительной диэлек-ных структур Мо-5Ю2+С-А1 от ¿с при трической проницаемости и тангенса ди-напряжении 10 В. электрических потерь пленки ЭЮг+С с раз-

личным

Проведенные исследования позволили выявить причину произошедших изменений. Выявлено, что введение углерода в пленку диэлектрика БЮг приводит к формированию рыхлой неупорядоченной структуры диэлектрика, содержащую большое число сквозных пор и газовых включений.

Причина формирования пор объясняется протеканием химических реакций углерода с кислородом на подложке на стадии формирования диэлектрической пленки:

с+о2=со2Т

2С+Ог=2СОТ.

Вследствие которых газовая компонента покидает пленку БЮг, разрыхляя ее, и формируя в ней сквозные поры и поры с газовыми включениями. Причем количество и размер газосодержащих пор определяется значением 8С. Протекание

этих реакций способствует также образованию областей неполного окисления кремния, а также появлению сильно деформированных связей Si=0. Наличие областей неполного окисления кремния, а также деформированных связей Si=0 способствуют увеличению проводимости диэлектрика, и изменению механизма проводимости в нем.

Правильность вышеупомянутых рассуждений подтверждается анализом элементного состава диэлектрика, проводимого различными независимыми методами: методом ОЖЭ-спеткроскопии, методом обратного резерфордовского рассеяния (POP), методом ИК-спектрометрии, который показал, что при увеличении количества углерода введенного в пленку диэлектрика Si02 происходит значительное снижение атомной концентрации кислорода в диэлектрических пленках Si02+C с 60% (при Sc =0%) до 43% (при Sc= 66%), что свидетельствует о недостатке кислорода в пленке. Разностный ИК-спектр пленок S1O2 и SiOi+C показал снижение количества связи Si=0 в пленках SiOj+C, а также увеличение количества связи СО2. Углерод присутствует в обоих пленках Si02 и БЮг+С, и увеличение его, при введении углерода в пленку диэлектрика, незначительно. Вероятно, углерод присутствует в пленке диэлектрика Si02 в виде связей С:Н, адсорбируясь из окружающей атмосферы вследствие использования паромасляной системы откачки. Некоторое увеличение его концентрации, при введении в пленку БЮг углерода, может быть связано с адсорбцией газа СОг в поры диэлектрика.

Основные выводы по четвертой главе: S увеличение количества ФК связано с образованием областей неполного окисления кремния и деформированных связей Si=0, которые, обладая повышенной электропроводностью, вызывают протекание локальных токов высокой плотности, что способствует зарождению ФК; ■S изменение кинетики образования ФК объясняется наличием большого числа сквозных пор и газовых включений. При протекании токов высокой плотности, газ в порах расширяется, приподнимая пленку ВЭ и вызывая последующий ее отрыв, завершая формирование ФК;

ускорение процесса формовки объясняется большой дефектностью диэлектрика, что способствует зарождению большого числа ФК. В заключении изложены основные результаты работы, обоснована достоверность результатов исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Выявлено, что введение углерода в пленку диэлектрика БЮг приводит к формированию рыхлой неупорядоченной структуры диэлектрика, содержащей большое число сквозных пор и газовых включений. При этом увеличивается его электропроводность, и увеличивается тангенс угла диэлектрических потерь. Причина этих изменений кроется в протекании химической реакции между кислородом и углеродом, приводящей к образованию летучего соединения СО или СОг, которое покидает пленку диэлектрика приводя к образованию сквозных пор и газовых включений, а также образованию областей неполного окисления кремния. Этот факт может служить практической рекомендацией технологам, при изготовлении приборов, содержащих пленочные диэлектрики. Также это решение было востребовано ФГНУ НИИ ЯФ при ТПУ (г. Томск) для проведения исследований в области создания трековых мембран.

2. Установлено, что введение углерода в пленку диэлектрика снижает скорость деградационных процессов в формованной МДМ-структуре Мо-БЮг+С-А!, приводящих к снижению эмиссионного тока при длительной работе. Подобное решение открывает широкие перспективы для исследований в области снижения деградации в формованных МДМ-структурах, что открывает^ широкие перспективы для улучшения их характеристик и возможности их практического применения в качестве ненакаливаем ых катодов.

3. Установлено, что введение углерода в пленку диэлектрика Б Юг приводит к увеличению эмиссионного тока. Достигнута плотность тока 0,075 А/см2 против 0,005 А/см2 у образцов без примеси углерода в диэлектрике.

4. Установлено, что кинетика развития процесса формовки может меняться в

случае использования пористого диэлектрика, содержащего большое число дефектов.

5. Отработана технология получения пленок аморфного углерода. На настоящий момент эта технология востребована ФГНУ НИИ ЯФ при ТПУ (г. Томск) для проведения исследований в области создания рентгеновского волновода, выполняемых в рамках гранта РФФИ.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Saharov Y.V., Zhigalsky А.А. Change of properties of a MIM-structure formation of a positive charge in insulator. J. IE Vide: Science Technique at Applications, July, 2001. -p.313-317

2. Троян П.Е., Жигальский A.A., Сахаров Ю.В. Роль углеводородов в процессе электрической формовки МДМ-систем. Изв. вузов. Физика, № 2, 2003. -с. 36-39.

3. Ю.В. Сахаров, А.С. Макрушин, П.Е. Троян. Микроскопические исследования

пленок Si02+C. Известия вузов. Физика, №2, 2006. - с.88-89.

4. R.B. Lubsanov, Р.Е. Troyan, Yu. V. Sakharov. Vapor on the Conductivity and Emission Properties of the formed Mo-SixNyOz-Al structure. Russian Physics Journal, №47(1), 2004. - p.69-74.

5. Saharov Y.V., Troyan P.E. Electron emission of formed structures Mo-Si02+C-AI. The technical digest of 13th JVMC-2000, 14-17 August, Guangzou, China, 2000. -p.260-261.

6. Saharov Y.V., Troyan P.E. The electron-energy distribution and angular distribution of electrons radiated by the MIM (metal-insulator-metal) - cathode. Processing of 14th International Vacuum Microelectronics Conference. August 1216, Dalas, CA, USA, 2001. - p.89-90.

7. Троян П.Е., Сахаров Ю.В. Электрическая формовка и пробой структур Mo-Si02 +C-AI. Тезисы V Международной конференции «АПЭП-2000». Т.2, Новосибирск, 2000. - с.144 - 146.

8. Сахаров Ю.В., Троян П.Е. Влияние примеси углерода в рабочем диэлектрике на проводимость формованных структур Mo-Si02+C-Al. Тезисы докладов

15

Девятой международной конференции «Физика диэлектриков». Т.1, Санкт-Пеггербург, 2000. - с.59 - 61.

9. Сахаров Ю.В. Процесс электрической формовки и эмиссионные свойства структур M0-SÍO2+C-AI. Всероссийская молодежная научная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто — и наноэлеюронике. Санкт-Петербург, 30 ноября-3-декабря 1999.-с.54.

10. Троян П.Е., Сахаров Ю.В., Жигальский А А. Микроскопические исследования пленок SÍO2 с примесью углерода. Материалы VII Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2004», Т.2, Новосибирск, 2004. - с.61 - 62.

11. Троян П.Е., Жигальский A.A., Сахаров Ю.В. Роль углерода в процессе электрической формовки МДМ-систем. Материалы VI Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (АПЭП - 2002). Т.2, Новосибирск, 2002. - с.43 - 46.

12. П.Е. Троян, A.A. Жигальский, Ю.В. Сахаров. Переходные процессы в формованных МДМ-структурах. Материалы VI Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (АПЭП - 2002). Т.2,- Новосибирск, 2002. - с.40 - 42.

13. Сахаров Ю.В,", Макрушин A.C. Оптические исследования пленок S¡02+C. «Научная сессия ТУСУР - 2004», Томск, 2004. - с.80 - 83.

Тираж 80. Заказ 730. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40.

Введение.

1. Электронные процессы в тонкопленочных структурах металл - диэлектрик - металл в сильных электрических полях.

1.1. Процесс формовки и пробоя.

1.2. Закономерности процесса формовки.

1.3. Факторы, влияющие на процесс формовки.

1.3.1. Влияние материала и толщины диэлектрика на процесс формовки.

1.3.2. Влияние материала и толщины электродов на процесс формовки.

1.3.3. Влияние полярности приложенного напряжения на процесс формовки.

1.3.4. Влияние давления и состава окружающей атмосферы на процесс формовки.

1.3.5. Влияние температуры на процесс формовки.

1.3.6. Микроскопические исследования формованных МДМ-структур.

1.4. Явления, наблюдаемые в формованных МДМ-структурах.

1.4.1. Эффекты переключения и памяти.

1.4.2. Электронная эмиссия.

1.4.3. Электролюминесценция.

1.4.4. Процесс деградации в формованных МДМ-структурах.

2. Методика приготовления образцов и проведения экспериментов.

2.1. Методика приготовления образцов.

2.1.1. Материала подложки.

2.1.2. Нанесение нижнего электрода.

2.1.3. Выделение рабочей области.

2.1.4. Нанесение рабочего диэлектрика.

2.1.5. Нанесение верхнего электрода.

2.1.6. Нанесение контактов к верхнему электроду.

2.2. Методика проведения экспериментов.

2.2.1 Исследование электрических характеристик формованных МДМструктур

2.2.2. Исследование электрических характеристик неформованных МДМ-структур.

2.2.3. Исследование пористости диэлектрика.

2.2.4. Определение элементного состава.

2.2.5. Исследование поверхности формованных и неформованных МДМ-мтруктур.

2.2.6. Исследование переходных процессов в формованных МДМ-структурах.

3. Влияние примеси углерода на формовку и параметры структур Mo-Si02+C-Al.

3.1. Общее исследование процесса формовки.

3.2. Электронная эмиссия формованных структур Mo-Si02+C-Al.

3.3. Электролюминесценция формованных структур Mo-Si02+C-Al.

3.4. Эффекты переключения и памяти в формованных МДМ-структурах Mo-Si02+C-Al.

3.5. Процессы деградации в формованных структурах Mo-Si02+C-Al.

3.6. Кинетика развития формовки структур Mo-Si02+C-Al.

3.7. Обсуждение результатов.

3.8. Выводы по главе.

4. Исследование электрофизических характеристик неформованных структур Mo-Si02+C-Al.

4.1. Проводимость и ВАХ неформованных структур Mo-Si02+C-Al.

4.2. Исследование элементного состава диэлектрика Si02+C.Ill

4.3. Исследование емкости структур Mo-Si02+C-Al.

4.4. Пробой неформованных структур Mo-Si02+C-Al.

В настоящее время в электронике возрастает потребность в разработке и создании принципиально новых приборов обладающих высокой эффективностью, долговечностью и надежностью в условиях значительного уменьшения размеров, вплоть до нанометровых. К классу таких приборов относятся формованные системы металл-диэлектрик-металл (МДМ), которые могут использоваться как ненакаливаемый источник электронов, элемент памяти, датчик давления [64].

В результате электрической формовки, осуществляемой путем приложения некоторого электрического напряжения между обкладками тонкопленочной конденсаторной МДМ-системы, происходят необратимые локальные изменения структуры, приводящие к образованию так называемых формованных каналов (ФК). Наличие ФК делает МДМ-систему принципиально новым объектом по сравнению с исходной конденсаторной структурой, у которой появляются такие свойства как: //-образная вольтамперная характеристика (ВАХ), эмиссия электронов в вакуум, электролюминесценция, эффекты переключения и памяти, чувствительность параметров к давлению некоторых газов. В силу перечисленных свойств формованные МДМ-системы могут быть использованы в ряде приборов твердотельной и вакуумной электроники. Так, на их основе можно создать новые энергонезависимые элементы памяти для запоминающих устройств ЭВМ, эффективные ненакаливаемые эмиттеры электронов для вакуумных интегральных схем и других электровакуумных приборов, светоизлу-чающие элементы для индикаторных устройств, датчики давления и т.д. Приборам и устройствам на основе формованных МДМ-систем присущ ряд достоинств: относительно простая технология изготовления, полностью совместимая с современной полупроводниковой интегральной технологией, возможность микроминиатюризации, легкость изготовления в матричном исполнении. Эмиттеры электронов на основе формованных МДМ-систем отличаются от широко распространенных термокатодов малой инерционностью, низкими значениями температуры и потребляемой мощности. Необходимость создания таких приборов в настоящее время не вызывает сомнения.

Однако, несмотря на это, практического применения формованные МДМ-структуры пока не получили. Причина состоит в низком уровне электронной эмиссии (по сравнению с термокатодами), малым сроком службы, а также недостаточной изученностью процессов в формованных МДМ-структурах. В работах [77-79, 138-143] отмечается, что углерод существенно снижает работу выхода для электронов, повышая эффективность полевой эмиссии. Аналогично, группе физиков из НИИЯФ МГУ (А.Т. Рахимов, Н.В. Суетин, Б.В. Селезнев и др.), используя метод плазмохимического осаждения, удалось получить новый материал на основе углерода с высокими эмиссионными свойствами. Созданные ими эмиттеры обеспечивали плотности тока до 2.5 А/см [138]. В работе [139] установлено, что среди различных углеродных материалов (от поликристаллического алмаза до графита), полученных с помощью одного и того же метода, наилучшими автоэмиссионными параметрами обладают графитоподоб-ные пленки (пороговое значение напряженности электрического поля - 1.5 В/мкм, плотность эмиссионного тока составляла 1 мА/см уже при напряженности 4 В/мкм). Аналогичных исследований формованных МДМ-структур не проводилось, что открывает перспективы для улучшения их параметров и возможности их практического применения. В связи с этим работа направлена на исследование влияния примеси углерода (графита) в рабочем диэлектрике на формовку и параметры МДМ-структур.

Актуальность этого исследования заключается еще и в том, что оно охватывает неизученную область: влияние углерода на параметры диэлектрических пленок. Паромасляные и механические насосы, широко используемые для получения вакуума, приводят к значительному повышению концентрации углеводородов в вакуумной камере. Адсорбируясь на распыляемых поверхностях, углерод участвует в процессах зарождения и роста диэлектрических пленок, что в конечном итоге сказывается на свойствах получаемого диэлектрика. Если рассматривать процесс формовки как метод по определению качества диэлектрика, то можно сказать, что присутствие углерода и углеводородов в вакуумной камере на стадии изготовления диэлектрика оказывает негативное влияние на качество диэлектрика как изолирующего материала. Долговечность, стабильность и надежность полупроводниковых приборов и интегральных схем в значительной мере зависят от поведения пленочных диэлектриков при воздействии на них сильных электрических полей. Это же относится и к элементам электроники на основе формованных МДМ - систем. Подобных исследований для формованных и неформованных МДМ - структур не проводилось и поэтому проведение таких экспериментов актуально.

Целью работы являлось: исследование влияния примеси углерода на формовку МДМ-структур, исследование эмиссионных свойств и деградацион-ных процессов в формованных МДМ-структурах с примесью углерода, исследование влияние примеси углерода на электрические и физические параметры неформованных МДМ-структур.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Первая глава посвящена литературному обзору процесса электрической формовки и свойств формованных МДМ-структур. Рассмотрен широкий круг статей, книг, и тезисов докладов, посвященных электрическим явлениям, наблюдаемым в аморфных диэлектриках в сильных электрических полях. Приведены данные по влиянию технологических факторов на формовку и параметры МДМ-структур. Особое внимание уделено описанию одинаковых явлений разными авторами для получения как можно более разнообразного представления о формовке и ее свойствах. В заключении главы приведена постановка задачи для исследований.

4.6. Выводы по главе.

1. Введение углерода в пленку диэлектрика Si02 приводит к появлению деформированных связей Si=0 и областей неполного окисления кремния. Наличие таких дефектов объясняется протеканием химической реакции в результате которой углерод «отбирает» кислород у кремния и улетучивается в виде газа СО или С02.

2. Сам углерод в объеме диэлектрика Si02 отсутствует. Он вступает в химическую реакцию с кислородом и улетучивается в виде газа СО или С02.

3. Введение углерода в пленку Si02 приводит к увеличению его пористости и появлению газовых включений, что является следствием интенсивного газовыделения со стороны диэлектрика при его нанесении, что вызвано протеканием химических реакций углерода с кислородом или с диоксидом кремния. В результате чего образуется газообразное соединение СО или С02 которое покидает пленку диэлектрика, разрыхляя ее и формируя в ней сквозные поры и газовые включения. Таким образом, четвертая глава позволила ответить на вопросы оставшиеся не выясненными в предыдущей главе, и являющиеся первопричиной изменения свойств формованной структуры Mo-Si02+C-Al при введении углерода в рабочий диэлектрик:

S изменение кинетики образования ФК (как и формовки в целом) связано с формированием в рабочем диэлектрике сквозных пор и газовых включений, что вызвано протеканием химических реакций углерода с кислородом или с диоксидом кремния. В результате чего образуется газообразное соединение СО или С02 которое покидает пленку диэлектрика, разрыхляя ее и формируя в ней сквозные поры и газовые включения.

При протекании токов высокой плотности газ в порах расширяется и осуществляет давление на ВЭ, отрывая его и формируя отверстие правильной формы с характерными размерами 0,08-0,15 мкм. При этом процесс отрыва происходит взрывообразно, что исключает попадание материала ВЭ в тело канала. Отжиг образцов ускоряет формовку, что связано с расширением газа в порах при отжиге и образованию вздутий, которые затем превращаются в формованные каналы; S ускорение формовки связано с наличием большого числа дефектов в пленке рабочего диэлектрика Si02+C. Причем количество дефектов определяется значением Sc. Наличие таких дефектов объясняется протеканием химической реакции в результате которой углерод «отбирает» кислород у кремния и улетучивается в виде газа СО или С02, приводя к появлению деформированных связей Si=0 и областей неполного окисления кремния. Поскольку формовка идет по структурным несовершенствам в пленке, то наличие деформированных связей ускоряет процесс формовки; увеличение плотности ФК так же объясняется увеличением количества деформированных связей Si=0 и областей неполного окисления кремния. Поскольку ФК зарождаются на структурных несовершенствах диэлектрической пленки, то увеличение числа дефектов в ней приводит к увеличению числа ФК.

Заключение.

В результате выполнения диссертационной работы по исследованию влияния примеси углерода на формовку и электрофизические параметры МДМ-структур, получен ряд новых научных и важных практических результатов:

1. выявлено, что введение углерода в пленку диэлектрика SiC>2 приводит к формированию рыхлой неупорядоченной структуры диэлектрика, содержащей большое число сквозных пор и газовых включений. При этом увеличивается его электропроводность, и увеличивается тангенс угла диэлектрических потерь. Причина этих изменений кроется в протекании химической реакции между кислородом и углеродом, приводящей к образованию летучего соединения СО или СОг, которое покидает пленку диэлектрика приводя к образованию сквозных пор и газовых включений, а также образованию областей неполного окисления кремния. Этот факт может служить практической рекомендацией технологам, при изготовлении приборов, содержащих пленочные диэлектрики. Также это решение было востребовано ФГНУ НИИ ЯФ при ТПУ (г. Томск) для проведения исследований в области создания трековых мембран;

2. установлено, что введение углерода в пленку диэлектрика снижает скорость деградационных процессов в формованной МДМ-структуре M0-S1O2+C-AI, приводящих к снижению эмиссионного тока при длительной работе. Подобное решение открывает широкие перспективы для исследований в области снижения деградации в формованных МДМ-структурах, что открывает широкие перспективы для улучшения их характеристик и возможности их практического применения в качестве не-накаливаемых катодов;

3. установлено, что введение углерода в пленку диэлектрика S1O2 приводит к увеличению эмиссионного тока. Достигнута плотность тока 0,075 А/см2 против 0,005 А/см2 у образцов без примеси углерода в диэлектрике;

4. установлено, что кинетика развития процесса формовки может меняться в случае использования пористого диэлектрика, содержащего большое число дефектов;

5. отработана технология получения пленок аморфного углерода. На настоящий момент эта технология востребована ФГНУ НИИ ЯФ при ТПУ (г. Томск) для проведения исследований в области создания рентгеновского волновода, выполняемых в рамках гранта РФФИ.

Практическая значимость результатов диссертационной работы подтверщ ждается их внедрением и использованием при выполнении НИОКР совместно с Научно исследовательским институтом ядерной физики (ФГНУ НИИ ЯФ г. Томск). Так, по тематике диссертации, внедрена технология получения пленок диоксида кремния с контролируемой пористостью. Данная технология использовалась для проведения исследований в области создания трековых мембран. При выполнении хоздоговорной НИР совместно с НИИ ЯФ был решен ряд технологических задач для обеспечения нанесения диэлектрической пленки ^ Si02+C на легкоплавкие лавсановые подложки, температура плавления которых составляет около 50 °С. По полученным результатам написан ряд совместных научных статей.

Так же было проведено исследование пленок углерода, полученных маг-нетронным распылением. Результаты исследований позволили найти практическое применение углеродных пленок. На настоящий момент углеродные пленки используются НИИ ЯФ для проведения исследований в области создания рентгеновского волновода выполняемых в рамках гранта РФФИ № 04-02-17-580. Эта технология имеет огромный как научный, так и коммерческий интерес, по-^ скольку может быть использована для создания медицинского прибора нового поколения, не имеющего аналогов в мире: портативного рентгеновского прибора для облучения раковых опухолей. Исследования в этой области ведутся, написан ряд совместных статей, выполнено несколько хоздоговорных НИР.

Таким образом, можно сказать, что диссертационная работа, направленная на исследование влияния примеси углерода на электрическую формовку и ф электрофизические параметры МДМ-структур, имеет важное научное и практическое значение. Предложенные технические и технологические решения востребованы ведущими НИИ, и вносят значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса.

1. Гапоненко В.М. О природе образования формованных каналов в тонкопленочных МДМ системах / В.М. Гапоненко // Изв. Вузов. Физика. - 1992. -№5.-С. 115-120.

2. Троян П.Е. Электрическая формовка тонкопленочных МДМ систем / П.Е. Троян // Изв. Вузов. Физика. - 1996. - т. 39, №5. - С. 55 - 60.

3. Дирнлей Д. Электрические явления в аморфных пленках окислов / Д. Дирнлей, А.Стоунхэм, Д.Морган // УФН. -1974. -т.112, №1. -С. 83-128.

4. Ray А.К. A critical rewiew of the observed electrical properties MIM devices showing VCNR/ A.K Ray, C.A. Hogarth // Int. J. Electronics. -1984. -Vol. 57, №1. -P.17-18.

5. Simmons J.C. New conduction and reversive memory phenomena in thin insulating films/ Simmons J.C., Verderber R.R // Proc. R. Soc. A. -1967. -vol. 301 -P. 77-102.

6. Doucas G. Electron emission from metal-CdS-insulator-metal and metal-insulator-CdS-metal thin films devices / G. Doucas, D. Wolsh // Thin Solid Films. -1972.-vol.9, №l.-P.25-30.

7. Gould R.D. The electrical characteristics of porous А120з produced by anodiza-tion / R.D. Gould, C.A. Hogarth // Thin Solid Films. -1974. -Vol.51, №1. -P.237-250

8. Hogarth C.A. Further studies on thin films structures of metal-borosilicate-metal / C.A.Hogarth, E.H. Taheri //Int. J. Electronics.- 1974. -Vol. 33.-P.145-156.

9. Hogart C.A. Voltage temperature memory and pressure-voltage effect in evaporated films SiO-TiO / C.A. Hogart, M. Ilyas // Thin Solid Films. -1983. -Vol. 103, №1. -P.267-274.

10. Ю.Воробьев Г.А. О природе электрической проводимости тонкопленочных систем МДМ / Г.А. Воробьев, В.М. Гапоненко // Изв. Вузов. Физика. -1991. -№1. -С.65-67.

11. Balland В. Instabilities in silicon devices. Deffects in silica films. Their nature-Their electrical properties / B. Balland // Amsterdam. -1968. -vol. 1. -P. 101-153.

12. Зайцев Н.А. Структурно примесные и элекрофизические свойства систем Si-Si02/ Н.А.Зайцев, И.О. Шурчков.-М.: Радио и связь, 1993. -192 с.

13. Гурвич JT.B. Энергия разрыва химических связей, потенциалы ионизации и сродства к электрону / JT.B. Гурвич, Г.В. Карагавцев, В.Н. Кондратьев и др.-М: Наука, 1974. -352 с.

14. Битнер JT.P. Влияние верхнего электрода на формовку МДМ-системы / JT.P. Битнер, Г.А. Воробьев // Радиотехника и электроника. -1983. -т.28, №6. -С.1223-1224.

15. Троян JT.A. Влияние рельефа поверхности на формовку МДМ-структуры / JT.A. Троян // Радиотехника и электроника. -1983. -т.28, №7. —с.1362.

16. Collins R.A. Electroforming of thin -films MIM devices at atmospheric pressure / R.A. Collins, G. Bowman, R.R. Sutherland // J. Phis. D: Appl. Phis. -1971. -Vol.4, №ll.-P.249-252.

17. Pagnia H. Bistabile switching in electroformed metal- insulator-metal devices / H. Pagnia, N.Sotnik // Phis. stat. sol (a). -1988. -Vol. 108, №1. P.l 1-65.

18. Barriac C. Study of the electrical properties of Al-Al203-metal structures / C. Barriac, P.Pinard, and F. Daroine // Phis, state, sol (a). -1974. -vol.34, №1. P.621-633.

19. Emmer I. Conducting filaments and voltage controlled negative resistance in Al-Al203-Au structure with amorphous dielectric /1. Emmer // Thin Solid Films. -1974. -Vol.20, №1.-P .43-52.

20. Мордвинцев B.M. Вольтамперные характеристики и механизм проводимости нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой в виде открытой сэндвич структуры / В.М. Мордвинцев, С.Е. Кудрявцев, B.J1. Левин // Микроэлектроника. -1998. -т.21. -№ 1. -С. 49-57.

21. Мордвинцев В.М. Модель нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой с учетом перколяции в изолирующей щели / В.М. Мордвинцев, С.Е. Кудрявцев, В.Л. Левин // Микроэлектроника. -1998. -т.27, №4. -С. 265274.

22. Бурачевский Ю.А., Исследование эмиссии электронов в вакуум из формованных МДМ-систем / Ю.А. Бурачевский, Г.А. Воробьев, B.JI. Галанский, и др. // Изв. АН СССР. Сер. Физич. -1979. -т.43, №9. -С. 1876-1882.

23. Воробьев Г.А. Формовка системы МДМ и ее пробой / Г.А.Воробьев, В.Ш. Зеленский // Радиотехника и электроника. -1989. -т.34, №6. -С. 1312-1315.

24. Воробьев Г.А. Влияние паров воды на эмиссионные свойства формованных МДМ-структур/ Г.А.Воробьев, Р.Б.Лубсанов, А.В. Сутягин // Тезисы докладов XIX Всес. конф. по эмиссионной электронике / Ташкент. -1984. -С. 129.

25. Троян JI.A. Влияние рельефа поверхности и площади на протекание электрических процессов в формованной МДМ-системе: дис. канд. физ.-мат. наук/ Троян Лидия Андреевна-Томск. -1985. -200 с.

26. Бурачевский Ю.А. Изучения свечения формованны МДМ-структур: дис. канд. физ.- мат. наук/ Бурачевский Юрий Алексеевич -Томск. -1985. -200 с.

27. Гапоненко В.М. Влияние плазменной обработки диэлектрика на электрическую формовку тонкопленочной системы МДМ / В.М. Гапоненко // Изв. Вузов. Физика. -1991.- №10. -С. 94-98.

28. Hickmott T.W. Impurity conduction and negative resistance in thin oxide films / T.W. Hickmott // J. Phis. D:Appl. -1971. -Vol. 4, №11. -P. 249-252.

29. Simmons I. Forming processes in evaporated SiO thin films / I. Simmons, R. Verderber, B. Eales // Phil. Mag. -1967.- Vol.16. -P. 1049-1061.

30. Ralph I. A new filamentary model for voltage formed amorphous oxide films / I.Ralph, I. Woodcock // J. Non-Crist. Sol. -1972. -Vol.7, № 3. P. 236-250

31. Мордвинцев В.М. Эффект переключения величины туннельного зазора СТМ с диэлектрической пленкой в эмиссионном режиме / В.М. Мордвинцев, В.Л. Левин // ЖТФ. 1994. - Т. 64, вып. 4. - С. 124 - 134.

32. Мордвинцев В.М. Модель проводимости нано-МИМ-диода с углеродистой активной средой с учетом эффектов перколяции / В.М. Мордвинцев, В.Л. Левин // ЖТФ. 1999. - Т. 69, вып. 11. - С. 66-73.

33. Барабан А.П. Зарядовая нестабильность структур Si- Si02 в процессе полевого воздействия / А.П.Барабан, С. Назар, С.Г. Сазонов // Изв. вузов. Электроника. 2001.-№ 1.-С. 45-48.

34. Воробьев Г.А. Исследование процессов в отдельных формованных каналах системы металл диэлектрик - металл / Г.А. Воробьев, Р.Б. Лубсанов, П.Е. Троян // Радиотехника и электроника. - 1985. - Т.ЗО, № 7. - С. 1380 -1383.

35. Троян П.Е., Эмиссия электронов из системы Al-Si3N4 -А1 / П.Е.Троян, Л.А. Троян, Ю.Б. Янкелевич, А.Н. Сергеев // Радиотехника и электроника. 1972. -Т. 17, № 11.-С. 2463-2464.

36. Баранов А.В. Эмиссия горячих электронов из тонкопленочной системы Al-Si3N4 -А1 / А.В. Баранов, Г.А. Воробьев, П.Е. Троян и др. // Известия АН СССР. Сер. физическая. 1974. - Т. 38, № 2, - С. 291 - 295.

37. Троян Л.А. Повышение эмиссионной способности МДМ-катода / Л.А. Троян, П.Е. Троян, И.П. Мезенцева, З.Б. Хоментовская // Тезисы докладов XVIII Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике / М., 1981. С. 222.

38. Сахаров Ю.В. Переходные процессы в формованных МДМ-структурах/ П.Е.Троян, А.А.Жигальский, Ю.В. Сахаров //Материалы VI Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (АПЭП 2002) / Новосибирск, 2002. - Т. 2. - С. 40 - 42.

39. Сахаров Ю.В. Влияние примеси углерода в рабочем диэлектрике на проводимость формованных структур Mo-Si02+C-Al / Ю.В. Сахаров, П.Е. Троян // Тезисы докладов Девятой международной конференции «Физика диэлектриков» / СПб., 2000. Т.1. - С. 59 -61.

40. Saharov Y.V. Change of properties of a MIM-structure formation of a positivecharge in insulator / Y.V.Saharov, A.A. Zhigalsky, P.E. Troyan // J. IE Vide: Science Technique at Applications. July 2001, P. 313-317

41. Сахаров Ю.В. Роль углеводородов в процессе электрической формовки МДМ-систем / П.Е.Троян, А.А.Жигальский, Ю.В. Сахаров // Изв. вузов. Физика. 2003. - № 2. - С. 36 - 39.

42. Y.V. Saharov, P.E. Troyan // The technical digest of 13th IVMC-2000 / Guang-zou, China, 14-17 August, 2000, P.260-261.

43. Sakharov Y.V. Vapor on the Conductivity and Emission Properties of the formed Mo-SixNyOz-Al structure / R.B. Lubsanov, P.E. Troyan, Yu. V. Sakharov // Russian Physics Journal.- 2004. -№47(1). -P.69-74.

44. Сахаров Ю.В. Оптические исследования пленок Si02+C / Ю.В. Сахаров,

45. A.С. Макрушин // Научная сессия ТУ СУР 2004 / Томск, 2004. С. 80 - 83.

46. Гапоненко В.М. Влияние плотности эмиссионных центров на скорость де-градационных процессов в тонкопленочных МДМ-катодах /

47. B.М. Гапоненко, В.В. Мотошкин // Изв. вузов. Физика.- 1992.- N 6.- С.95-98.

48. Гапоненко В.М. Влияние напряжения на деградацию формованных каналов в тонкопленочных МДМ-катодах / В.М. Гапоненко // Изв. вузов. Физика.-1992.-N 10.- С.44-47.

49. Воробьев Г.А. Влияние плотности эмиссионных центров, площади и температуры на эмиссионную способность МДМ-катода / Г.А. Воробьев, JI.A. Троян //Изв. АН СССР, сер. Физическая,-1985.- Т.49, N 9.- С.1734-1737.

50. Джапаридзе М.Г. Определение состава и динамики плазмы, выбрасываемой из канала пробоя твердого диэлектрика / М.Г. Джапаридзе, П.Е. Шилин // Тез. докл. VI Всес. конференции по физике диэлектриков. Пробой и электрическое старение / Томск, 1988.- С.67.

51. Лубсанов Р.Б. Исследование характеристик МДМ-катодов в отпаянном вакуумном объеме / Р.Б. Лубсанов, А.В. Сутягин, П.Е. Троян //Электронная техника, сер. 4.- 1982.- вып.4.- С. 15-18.

52. Миллер А.А. Электроннозондовый микроанализ состава диэлектрика формованного канала МДМ-системы / А.А. Миллер // Изв. вузов. Физика.-1983.- N 7.- С.116-118.

53. Миллер А.А. Электронно-микроскопические исследования структуры и электронных процессов в МДМ-катодах: дисс. канд. физ.-мат. наук / Миллер А.А. Томск, 1983.- 140 с.

54. Воробьев Г.А. Формовка системы металл-диэлектрик-металл и ее пробой / Воробьев Г.А., Зеленский В.И. // Радиотехника и электроника. 1989.- Т.34,1. N6.-С. 1312-1315.

55. Корзо В.Ф. Диэлектрические пленки в микроэлектронике / В.Ф. Корзо, В.Н. Черняев. М.: Энергия, 1977.- 368 с.

56. Добрецов Г.А. Эмиссионная электроника / Добрецов Г.А., Гомоюнова J1. -М.: Наука, 1966.-381 с.

57. Троян П.Е. Разработка и исследование тонкопленочного холодного катода для электровакуумных приборов: дисс. канд. техн. наук / Троян Павел

58. Ефимович Томск, 1976.- 207 с.

59. Hogarth C.A. The voltage-current chracteristics of thin MIM sandwiches with SiO /BiO as the insulator / Arshar K.I., Glot A., Hogarth C.A. // J. of Mater. Sciense.- 1985.- Vol. 20, N 10.- P. 3590-3596.

60. Kuniyuki Hamano. Breakdown characteristics in thin Si02 films / Kuniyuki Ha-mano. // Japanese J. Appl. Phys.- 1974.- V. 13, N 7.- P. 181-193.

61. Крамор C.C. Исследование импульсной формовки МДМ-катодов / Крамор С.С., Лубсанов Р.Б // Тез. докл. Всесоюзн. н.-т. конф."Актуальные проблемы электронного приборостроения" / Новосибирск, 1990.-С. 87.

62. Troyan Р.Е. Flat display based on the metal-insulator-metal emitter array / Troyan P.E., Lubsanov R.B., Vorobyev G.A., Ghyngazov S.A, Lakstroem I.V., Kramor

63. S.S. //Journal ofVac.Sci. Technol. -1993. Vol. 11(2). -P. 514-517.

64. Воробьев Г.А. Матрица МДМ-катодов для плоского вакуумно-люминесцентного экрана / Воробьев Г.А., Гынгазов С.А., Крамор С.С.,

65. Лубсанов Р.Б., Троян П.Е. // Известия Академии Наук. Сер. физическая.-1994.- Т. 58, N10.- С. 80-85.

66. Khaskelberg М.В. A Study of the Emission Current of a Formed MM System in a Wide Temperature Range / Khaskelberg M.B., Kramor S.S. //Proc. of the 42nd International Field Emission Symposium Madison / Wisconsin, USA August 711, 1995.-P. 65.

67. Lubsanov R. B. Water adsorption influence on the conductivity and emission properties if formed MIM devices / Lubsanov R. B. // Abstracts of the 5th International Vacuum Microelectronics Conference / Vienna, 1992.-P. 1-16.

68. Зеленский В.И. Импульсная электронная эмиссия из систем металл-диэлектрик-металл на основе пленок оксинитрида кремния: дисс. канд. физ.-мат. наук / Зеленский Владимир Иванович. -Томск, 1985.- 204 с.

69. Гапоненко В.М. Деградационные процессы в тонкопленочных МДМ-катодах: Расчет распределения температурного поля в формованном канале и его окрестности / Гапоненко В.М., Нефедцев Е.В., Чернявский А.В. // Известия вузов. Физика.-1993.- N 9.-С.73-78.

70. Баренгольц 10. А. МДМ-катод с составным верхним электродом / Баренгольц Ю. А., Диденко А. М., Хаскельберг М. Б.,Янкелевич Ю. Б. //Тез.докл. IV Всес. симпозиума по ненакаливаемым катодам / Томск, 1980.-С. 232-233.

71. Косцов Э.Г. Влияние особенностей микрорельефа поверхности электродов на характер нарушения электрической прочности диэлектрических пленок Э.Г. Косцов // Изв. вузов. Физика,- 1970.- N 7,- С. 63- 67.

72. Tcherepanov A. Y. Flat panel display prototype using low voltage carbon field emitters / Tcherepanov A. Y., Chakhovskoi A, G„ Sharov V, В // Journal of Vacuum Science & Technology В.- 1995.- V. 13, N 2.- P. 482-486.

73. Hogarth C. A. The use of microprobe analysis for the study of the composition of the terminations of conducting filaments of M-I-M structures / Rakhshani A., Hogarth C. A. //J. Non-Cryst. Sol.-1976.-V.21, N 1.- P. 147-150.

74. Biederman H. Electron emission into vacuum of Al-LiF-Au structures / Biederman H. //Thin Solid Films.- 1973.- V.18, N L- P. 39-43.

75. Троян П.Е. Изменение параметров системы Al-Si3N4-Al во времени / Троян П.Е. // Радиотехника и электроника.- 1976.- Т. 19, N 7.- С. 1562-1564.

76. Киселев В.Ф. Адсорбционные процессы на поверхности полупроводников идиэлектриков / Киселев В.Ф., Крылов О.В. М.: Наука, 1978. - 256 с.

77. Жигальский А.А. Электрический пробой и проводимость пленок ZnS-Mn, полученных ВЧ магнетронным распылением / Жигальский А.А., Мухачев В.А., Троян П.Е. // Тезисы докладов к Всесоюзной конференции по электролюминесценции / Ангарск, 1991. С. 28.

78. Жигальский А.А. Исследование электрического пробоя пленок ZnS-Mn, полученных ВЧ-магнетронным распылением / Жигальский А.А., Мухачев В.А., Троян П.Е.//Изв. вузов. Физика.- 1993.-Т 36, №3.-С. 41-43.

79. Г. Хасс. Физика тонких пленок, пер. с англ. под ред. Сандомирского В.Б. / Г.

80. Хасс. //-М.: Мир, 1978.-Т.8.- 168 с.

81. Sinclair W. / Sinclair W. Peters F.G. Rev. // Sci. Instr., 33, P. 744, 1962.

82. Иванова E.B. Исследование многократного пробоя тонких диэлектрических пленок в МДМ-системе: дис. канд. техн. наук / Иванова Е.В. Томск, 1976.- 153 с.it 89. Гитман Д.М. О температурном режиме "холодного" катода / Гитман Д.М.,

83. Янкелевич Ю.Б. // Изв. вузов. Физика. 1977. -№ 7. - С. 147 - 153.

84. Гапоненко В.М. Исследование электрической формовки и деградационных процессов в формованных системах металл-диэлектрик-металл: дис. канд. техн. наук / Гапоненко Владимир Михайлович. Томск, 1996. - 162 с.

85. Као К. Перенос электронов в твердых телах / Као К., Хуанг В. М.: Мир, 1984.- Т.2.-386 с.

86. Zeller H.R. Breakdown and prebreakdown phenomena in solid dielectrics / Zeller H.R. // IEEE Transact. Electr. Insulation.- 1987.- Vol. 22, N 2.- P. 115-122.

87. Гапоненко В.М. Исследование механизма деградации эмиссионных центров в тонкопленочных МДМ-катодах / Гапоненко В.М. // Изв. вузов. Физика,-1992.-№ 1.- С. 49-52.

88. Бурдовицин В.А. Особенности процесса электрической формовки МДМ систем на основе пленок оксинитрида кремния / Бурдовицин В.А., Галанский В.Л., Смирнова К.И., Янкелевич Ю.Б. // Изв. вузов. Физика.1976.-№5.- С. 71-75.

89. Dittmer G. Electron conduction, electron emisn and electrolyminescence of MIM sandwich structures with Si02, А120з insulating layers / Dittmer G. // Thin Solid Films.- 1972.- Vol. 9, N2.- P. 141-172.

90. Галанский B.Jl. О влиянии водорода на формующийся МДМ-катод / Галанский В.Л., Сутягин А.В., Янкелевич Ю.Б. // Тез. докл. III Всес. симпозиума по ненакаливаемым катодам / Томск, 1977,- С. 58-59.

91. Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции /Под ред. Дж. Поута, К. Ту, Дж.Мейера.- М.: Мир, 1982,- 576 с.

92. Weinberg Z.A. The relation between positive charge and breakdown in metal-oxide-silicon structures / Weinberg Z.A., Nguyen T.N. // J. Appl. Phys.- 1987.- V 61.- P. 1947-1956.

93. Воробьев Г.А. Замечания к механизму эмиссии электронов из МДМ-катода / Воробьев Г.А., Сутягин А.В., Троян П.Е. // Радиотехника и электроника,1977.-Т.22, N8.-С. 1747-1749.

94. Kuriki S.Electroforming and conduction in thin anodized У20з films / Kuriki S., Noya A., Matsumoto G. // Thin Solid Films.- 1978. V.48, № 1,- P. 27-45.

95. Антоненко П.И. Особенности работы матрицы МДМ-катодов в отпаянном ЭВП / Антоненко П.И., Бурдовицин В.А., Лубсанов Р.Б // Электронная техника.- 1988,- Сер.4.- Вып.З.- С. 66-68.

96. Tanaka К. Current voltage characteristics of А1-А120з-Аи devices in chlorine atmosphere / Tanaka K., Matsamoto G. // Thin Solid Films. 1975. - V. 27. - P. 5-7.

97. Гынгазов С.А. Исследование электрофизических свойств тонкопленочных систем металл-диэлектрик-металл в экстремальных условиях внешней среды и электрических полей: дис. канд. техн. наук / Гынгазов Сергей Анатольевич Томск, 1995.- 171 с.

98. Воробьев Г.А. Процессы при пробое и электрической формовке системы металл-диэлектрик-металл / Воробьев Г.А., Гапоненко В.М. // Тез. докл. VI Всес. конференции по физике диэлектриков / Томск, 1988,- С.15.

99. Воробьев Г.А. О природе эмиссии электронов из системы Al-Si3N4 -А1 / Воробьев Г.А., Троян П.Е. // Радиотехника и электроника. 1975. - Т.20, № 11.-С. 2415.

100. Анохин В.О. Твердофазные взаимодействия пленок алюминия с двуокисью кремния / Угай Я.А., Тверлохлебова Л.Я., Анохин В.О. и др. // Неорганические материалы.-1974.-Т. 10, №6.-С. 1033.

101. Fisheti M.V. Generation of positive charge in silicon dioxide during avalance and tunnel electron injection / M.V. Fisheti // J. Appl. Phys. 1985. - V. 57, № 8.-P. 2860-2879.

102. Бенсон Ф.М. Влияние микрорельефа нижнего электрода на плотность эмиссионных центров МДМ-катода / Бенсон Ф.М., Троян П.Е. // Радиотехника и электроника. 1992. - Т. 37, № 7. - С. 1332 - 1336.

103. DiMaria D. Theory of high-field electron transport and impact ionization in silicon dioxin / Arnold D„ Cartier E., DiMaria D. // Phys. Rev. В., 1994. - V. 49, № 15.-P. 10278- 10297.

104. Барабан А.П. О механизме диссипации энергии разогретых электронов в слоях двуокиси кремния / Барабан А.П., Булавинов В.В., Рыбаков М.О. // Изв. вузов. Физика, -1991.-№4.-С. 36-40.

105. Троян П.Е. Проводимость МДМ-структур после первой стадии формовки / Троян П.Е., Крамор С.С. // Тезисы V Международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (АПЭП-2000) / Новосибирск, 2000. Т. 2. - С. 140 - 142.

106. Троян П.Е. Влияние напряжения переключения на характеристики элементов памяти на основе формованной МДМ-структуры / П.Е. Троян // Микроэлектроника.-1996.-Т. 25, №2.-С. 150- 152.

107. Емельянов A.M. Ловушки электронов в термических пленках Si(>2 на кремнии / Емельянов A.M. // Микроэлектроника 1986. т. 15, вып. 5. - С. 434 -472.

108. Репникова Е.А. Микропористость аморфных пленок диоксида кремния / Репникова Е.А., Гуртов В.А. // Неорганические материалы. 1989. т. 25, №7.-С. 1149-1151.

109. Золотарев В.Н. Исследование микропористости пленок Si(>2 методом МНПВО / Золотарев В.Н., Первеев А.Ф., Аркатова Т.Г., Муранова Г.Л. // Журнал прикладной спектроскопии. 1972. - т. 16, вып. 2. - С. 331 - 338.

110. Замалин Е.Ю. Влияние реактивного ионного травления на пористость и величину заряда пленок диоксида кремния / Замалин ЕЛО., Гриднева Г.Н. // Микроэлектроника. 1986. — т.25, №2.- С. 143 145.

111. Троян П.Е. Электрическая формовка тонкопленочных структур металл-диэлектрик-металл в сильных электрических полях/ П.Е. Троян Томск: Изд-во Томского университета, 2003. - 178 с.

112. Валиев К.А. Память на основе нано МИМ - диода с углеродистой активной средой / Валиев К.А., Кудрявцев С.Е., Левин В.Л., Мордвинцев В.М., Савасин В.Л. // Микроэлектроника. - 1997 — т. 26, вып. 1. — с. 3 - 11.

113. Таборко Е.И. Эмиссионные свойства пленочных катодов типа сэндвич / Таборко Е.И., Куздинцева Г.А., Панфилова В.П. // Электронная техника, сер. 1 Электроника СВЧ.-1972. — №3.

114. Успехи в области создания дисплеев с холодной эмиссией. // Зарубежная электронная техника. 1999. — №1. — С. 62 - 69.

115. Филаретов Г.А. Электролюминесценция пленочных диодов А1-А1203-М / Филаретов Г.А., Стадев В.И., Бубнов Ю.З. и др. // Физика и техника полупроводников. 1967. - т. 1, №10.- С. 1492- 1495.

116. Гапоненко В.М. Влияние верхнего электрода на деградацию МДМ-катода / Гапоненко В.М., Лубсанов Р.Б., Подгорный В.М. //Тез. докл. XX Всес. конференции по эмиссионной электронике / Киев, 1987.- Т.1.- С. 169.

117. Ведерников В.А. Холодный катод на основе диэлектрического слоя, полученного в пенниговской газоразрядной камере / Ведерников В.А., Галанский В.А., Данилина Т.И., Троян П.Е. и др. // Электронная техника, сер. Материалы. 1976. вып. 4 - С. 114-115.

118. Воробьев Г.А. Зависимость плотности тока эмиссии МДМ-катода от площади эмитирующей поверхности / Воробьев Г.А., Троян Л.А., Троян П.Е. //Радиотехника и электроника. 1980.-т.25,№9.-С. 2011-2019.

119. Добрецов Г.А. Эмиссионная электроника / Добрецов Г.А., Гомоюнова Л. -М.: Наука. 1966.-381 с.

120. Крамор С.С. Исследование процессов формовки и деградации эмиссионных параметров тонкопленочных систем металл диэлектрик - металл / Крамор С.С., Хаскельберг М.Б. // Изв. Высших учебных заведений. Физика. 2000.-№7-С. 8-12.

121. Битнер JI.Р. Эффекты переключения и памяти в формованных МДМ-структурах: дисс. канд. ф.-м. наук / Битнер Лилия Райнгольдовна.- Томск. 1987.- 175 с.

122. Гапоненко В.М. Влияние предварительной обработки диэлектрика напряжением на электрическую формовку тонкопленочной МДМ-системы / Гапоненко В.М. //Изв. вузов. Физика.- 1992.- N 10,- С. 48-50.

123. Гапоненко В.М. Влияние скорости нарастания напряжения на электрическую формовку и пробой тонкопленочной МДМ-системы / Гапоненко В.М.,Чернявский А.В //Изв. вузов. Физика,- 1992.-N 11.-С. 95-98.

124. Лубсанов Р. Б, Электропроводность и деградационные процессы в формованной тонкопленочной структуре металл-диэлектрик-металл на основе оксинитрида кремния: дисс. канд. физ.-мат. наук / Лубсанов Ринчин Болданович. Томск, 1986. - 218 с.

125. Мотошкин В.В, Влияние плотности эмиссионных центров на скорость де-градационных процессов в тонкопленочных МДМ-катодах / Гапоненко В.М., Мотошкин В.В. // Известия вузов. Физика,-1992,- N 6.-С.95-98.

126. Petersburg A.R. The Future for Flat PC Desktop Monitors / Petersburg A.R.// Proceedings of the Society for Information Display Symposium, San Jose, CA/ USA.-1999.-P. 123-126.

127. Коншина E.A. Особенности колебательных спектров алмазоподобных и полимероподобных пленок а-С:Н / Е.А. Коншина, А.И. Вангонен. // Физика и техника полупроводников. 2005. - т. 36, вып. 5, - С. 616-622,

128. Сахаров Ю.В. Микроскопические исследования пленок Si02+C / Ю.В. Сахаров, А.С. Макрушин, П.Е. Троян. // Известия вузов. Физика,-2006. -№2. -С. 88-89

129. Рахимов А.Т. "Автоэмиссионные катоды (холодные эмиттеры) на нанокри-сталлических углеродных и наноалмазных пленках / А.Т. Рахимов, Н.В. Суетин, Б.В. Селезнев и др // УФН. 2000,- Т. 170, № 9. - С. 996-999.

130. Образцов А.Н. Автоэлектронная эмиссия в графитоподобных пленках / Образцов А.Н., Павловский И.Ю., Волков А.П. // ЖТФ 2001, Т. 71, № 11, С. 89-90.

131. Бобков А.Ф. Некоторые аспекты использования углеродных материалов в автоэлектронных эмиссионных катодах / Бобков А.Ф., Давыдов Е.В., Зайцев С.В//ЖТФ.-2001.- Т. 71,№ 1L- С. 95.

132. Окотруб А.В. Влияние очистки на электронную структуру и автоэмиссионные свойства углеродного материала, содержащего однослойные нанот-рубки / А.В. Окотруб //ЖТФ. 2004.- т. 126, № 6. - С. 1425-34.

133. Гуляев Ю.В. Нанотрубные углеродные структуры новый материал эмиссионной электроники / Гуляев Ю.В., Синицын Н.И., Торгашов Г.В. // Журнал «Микроэлектроника».- 1997.- т.26, № 2.-С.84-88.

134. Шешин Е. П. Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов / Шешин Е. П. М.: Издательство МФТИ, 2001. - 288 с.

135. Борисов П.А. Потенциальные электрические поля / Борисов П.А., Осипов Ю.М. Изд-во СПб ГУ ИТМО, 2004.- 114 с.

136. Организация-разработчик Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, кафедра ФЭ.

137. Работа выполнена аспирантом Сахаровым Юрием Владимировичем, доцентом Жигальским Александром Анатольевичем под руководством зав.каф. ФЭ ТУСУР Трояна Павла Ефимовича.

138. Представители АНО МНЦТЭ ст. науч. сотрудникзам дирею1. JB. Пуховой1. А. Шикуло

139. Представители ТУСУР зав.каф ФЭl/1. П.Е. Троян

140. Научной работе ТУСУР В.Н.Ильюшенко1. Утверждаю» проректор по

141. Предметом внедрения являются разработанное технологическое устройство для получения пленок диэлектриков и композитных материалов, блок питания распылительного устройства, установка безмасленной откачки, техническая и технологическая документация.

142. Установка и технологический процесс получения пленок оксинитрида кремния используются при проведении НИОКР по созданию сложных многослойных фоточувствительных структур на основе КРТ.

143. Зав. лабораторией д.ф.-м.н., профессор1. А.П.Коханенко

144. Директор НОЦФМРО д.ф.-м.н., профессор1. А.В. Войцеховскийтверждаю»

145. ФГНУ НИИ ЯФ " Рябчиков А.И.2006 г1. АКТвнедрения технологии получения многослойных структур Та-С-Та

146. Полученные результаты используются для проведения исследований в области создания рентгеновского волновода, выполняемых в рамках гранта РФФИ №04-02-17-580ведущий научный сотрудник ФГНУ НИИ ЯФ1. В.В.1. Утверждаю»

147. ФГНУ НИИ ЯФ Ск — & J Рябчиков А.И.2006 г1. АКТвнедрения технологии получения пленок диоксида кремния с контролируемой пористостью

148. Полученные результаты использовались при проведении исследований по созданию ассиметричных трековых мембран, выполняемых по ЕЗН.с.н.с. ФГНУ НИИ ЯФ1. Сохорева В.В.