Registration Number
0424U000367, Candidate dissertation
Status
Кандидат фізико-математичних наук
Date
15-01-2025
popup.evolution
.
Title
Transport and trapping of charge in MOS structures and MOSFETs with nanoscale high-k dielectrics.
Author
Yuri Gomeniuk,
popup.head Oleksii M. Nazarov
popup.opponent Viktor V. Vajnberg
popup.opponent Volodymyr V. Ilchenko
popup.rada
V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics of National Academy
Description
Метою роботи було визначення механізмів струмопереносу, виявлення особливостей захоплення заряду в підзатворному діелектричному шарі структур МДН і напівпровідникових приладах, а також вивчення впливу технологічних операцій, таких як відпал зразків МДН структур у формінг газі або ВЧ плазмовий відпал безперехідних польових транзисторів. Об’єктом дослідження було явище переносу і захоплення носіїв заряду в шарі діелектрика та на межі поділу «діелектрик – напівпровідник». Головним чином досліджувались ефекти в напівпровідникових структурах і приладах з діелектриком з високою діелектричною проникністю (high-к діелектриком) в якості підзатворного діелектричного шару, що є актуальною задачею для впровадження новітніх матеріалів в сучасну мікро- і наноелектроніку. В роботі використано такі електрофізичні методи досліджень: вольт-амперних характеристик (ВАХ), вольт-фарадних характеристик (ВФХ) та метод провідності від частоти. В рамках виконання роботи було побудовано спеціалізований вимірювальний комплекс під управлінням ПК та створено програмне забезпечення в середовищі NI Labview для автоматизації електрофізичних вимірювань. Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: була визначена дефектність high-к діелектриків на основі оксидів рідкісноземельних металів і показано, що транспорт носіїв в МДН структурах з оксидами Gd2O3 та Nd2O3 відповідає стрибковій провідності через глибокі рівні, визначено їх енергетичне положення в забороненій зоні діелектриків; було показано, що для систем з Gd2O3, Nd2O3, LaLuO3 та LaSiOx на кремнії спостерігається формування перехідної області SiOx на границі «кремній – high-к діелектрик»; вперше досліджено механізми струмопереносу в структурах з шарами LaLuO3 та LaSiOx і показано, що струм прямого зміщення крізь такі діелектричні шари контролюється механізмом Пула-Френкеля; показано, що для зразків Pd/Al2O3/In0,53Ga0,47As з товщиною діелектричного шару більше 5 нм струм визначається механізмом Фаулера-Нордхайма, що свідчить про кращу якість діелектричного шару порівняно із іншими досліджуваними high-к діелектриками; вперше показано, що енергетичний розподіл густини поверхневих станів в системі SrTa2O6/In0,53Ga0,47As є характерним і для МДН структур з Al2O3, що дозволяє зробити висновок, що природа дефектів на межі поділу «high-к діелектрик – In0,53Ga0,47As» пов’язана з власними дефектами поверхні напівпровідника і не залежить від матеріалу осадженої плівки; отримано робочі характеристики польових транзисторів з high-к LaLuO3 і Al2O3 діелектриком, що свідчить про їх придатність до використання в якості підзатворного діелектрика; для польових КНІ транзисторів з high-к LaLuO3 діелектриком були розраховані значення рухливості носіїв в верхньому і нижньому каналі транзистора, а також отримано значення густини поверхневих станів на верхній (LaLuO3/Si) і нижній (SiO2/Si) границі, що демонструє більшу густину поверхневих станів на межі поділу «high-к діелектрик – кремній» в порівнянні з інтерфейсом SiO2/Si. Практичне значення одержаних результатів виражається в наступному: показано, що для МДН структур з високим наскрізним струмом витоку доцільно використовувати кореговану ВФХ, а також запропоновано методику корекції кривих Gp/ω від частоти ω при визначенні густини поверхневих станів; знайдено оптимальну товщину (10 нм) шару Al2O3, нанесеного на підкладку In0,53Ga0,47As методом АШО; показано, що низькотемпературна ВЧ плазмова обробка є ефективним методом покращення якості МДН польових транзисторів на основі In0,53Ga0,47As з Al2O3 в якості підзатворного діелектрика, що призводить до зменшення заряду в діелектрику, зменшення густини станів на межі поділу «діелектрик – напівпровідник» і зменшення послідовного опору контакту до шару напівпровідника In0,53Ga0,47As.
Registration Date
2024-12-26
popup.nrat_date
2024-12-26 / 2026-07-01
