Кандидатська дисертація. Гоменюк Юрій Юрійович. Транспорт та захоплення заряду в МДН структурах та польових транзисторах з нанорозмірними діелектриками з високою діелектричною проникністю

Реєстраційний номер

0424U000367, Кандидатська дисертація

На здобуття

Кандидат фізико-математичних наук

Дата захисту

15-01-2025

Статус

Захищена

Назва роботи

Транспорт та захоплення заряду в МДН структурах та польових транзисторах з нанорозмірними діелектриками з високою діелектричною проникністю

Здобувач

Гоменюк Юрій Юрійович,

Керівник Назаров Олексій Миколайович
Опонент Вайнберг Віктор Володимирович
Опонент Ільченко Володимир Васильович

Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист

Інститут фізики напівпровідників імені В. Є. Лашкарьова Національної академії наук України

Опис

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.

Дата реєстрації

2024-12-26

Додано/оновлено в НРАТ

2024-12-26 / 2026-07-01