Структурні перетворення в поверхневих шарах кремнієвої та кремній-кисневої фази - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИОфіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Бабич Вілік Максимович, Інститут фізики напівпровідників НАН України, завідувач відділом; доктор фізико-математичних наук, професор Литовченко Петро Григорович, Інститут ядерних досліджень НАН України, завідувач відділом; доктор фізико-математичних наук Крайчинський Анатолій Миколайович, Інститут фізики НАН України, т.в.о. завідувача відділом. Захист відбудеться 2 липня 1999 р. о 1415 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.199.02 Інституту фізики напівпровідників НАН України, 252028, Київ, проспект Науки, 45.Це повязане, головним чином, з особливостями структури склоподібної кремній-кисневої фази, яка характеризується наявністю певної системи розташування атомів кисню (певні типи кілець тетраедрів SIO4 у випадку SIO2 або комплексів Si-Oy-Si4-y (1?y?4) у випадку SIOX), що може при відповідних умовах досить легко змінюватись завдяки, зокрема, гнучкості містка Si-O-Si. Саме структурний стан кисню і визначає електрофізичні, механічні, хімічні та оптичні властивості кремній-кисневої фази, а його варіації обумовлюють різноманітні структурні перетворення, які викликають, в свою чергу, зміни основних характеристик планарних систем і, відповідно, параметрів приладів на їх основі. Процеси утворення точкових дефектів, зокрема, генерація заряджених пасток в окислі та швидких поверхневих станів на межі розділу Si-SIO2 під впливом інжекції електронів чи дірок в оксид МДН систем, вивчались особливо інтенсивно. Вивчення процесів таких змін структурного стану кисню, визначення механізмів їх протікання має фундаментальне наукове значення у фізиці аморфного стану, а також спрямоване на вирішення важливих прикладних задач, повязаних, зокрема, із проблемою контрольованого отримання шарів SIO2 та планарних систем Si-SIO2 з наперед заданими характеристиками. В якості основного метода дослідження використовувалась ІЧ-спектроскопія (зокрема, вимірювання сильної смуги поглинання на валентних коливаннях Si-O звязку), причому був розроблений і застосований метод характеризації структурного стану кисню у склоподібній кремній-кисневій фазі, заснований на компютерному аналізі форми означеної смуги.У першому розділі роботи проведено детальне дослідження процесів формування електроактивних дефектів у плівках термічного SIO2 та в області межі розділу Si-SIO2, що відбуваються внаслідок інжекції гарячих електронів в оксид МДН структур. Цей вибір мотивувався тим, що фотоінжекція, на відміну від звичайно використовуваної лавинної інжекції електронів, дозволяє змінювати знак потенціалу польового електрода, а на відміну від польової емісії дозволяє запобігати появи сильних електричних полів в області межі розділу Si-SIO2, які можуть у ряді випадків привести до сторонніх ефектів. Знайдено, що інжекційно-термічні обробки (інжекція носіїв заряду в оксид МДН систем і наступний низькотемпературний відпал) здатні суттєво покращувати стан межі розділу Si-SIO2, що проявляється у зменшенні концентрації кисневих вакансій в SIO2 та/або комплексів вакансій у приповерхневому шарі Si і у відповідному зниженні густини швидких поверхневих станів (до 30 %) та швидкості поверхневої генерації неосновних носіїв заряду (до 2 разів). Встановлено, що для обґрунтування моделі та для конкретизації деталей механізму генерації поверхневих точкових дефектів (швидких (S-ІІ) та повільних станів) необхідно брати до уваги такі факти, що були виявлені у наших дослідженнях, а також у роботах інших авторів: - центри S-ІІ і аномальний позитивний заряд створюються тільки в структурах з оксидом, що містить воду або водень; створення поверхневих дефектів спостерігається на фоні переміщення атомів (чи іонів) водню до області межі розділу Si-SIO2 ; при цьому відбувається розклад SIOH комплексів як в обємі окисла, так і у зовнішньої його поверхні, в той час як в області межі розділу Si-SIO2 комплекси SIOH, навпаки, виникають;Створення у прианодній частині оксида МДН структур сильного локального електричного поля (Еа> 1,3 МЕВ/см) приводить до розвалу тут комплексів SIOH, міграції протонів в область межі розділу Si-SIO2 і генерації швидких та повільних станів. Процес генерації швидких та повільних станів в області межі розділу Si-SIO2 при інжекції електронів із кремнію повязаний із багатостадійною реакцією, в якій інжектовані електрони створюють негативно заряджені пастки в обємі SIO2, суперпозиція заряду пасток із зовнішнім електричним зміщенням формує сильне електричне поле у зовнішній поверхні оксиду, поле приводить до звільнення протонів та їх дрейфу до межі розділу Si-SIO2. Термічний відпал, що супроводжує інжекцію електронів в оксид МДН систем, помітно зменшує вихідну дефектність межі розділу Si-SIO2. Цей ефект повязаний з пасивацією розірваних звязків кремнію та кисню воднем, який виділяється в оксиді внаслідок інжекції електронів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ