DOI: https://doi.org/10.20535/2523-4455.2019.24.3.178484

Вплив методів отримання тонких плівок оксиду церію на вольт-фарадні характеристики МДН-структур

Liubomyr Mykolaiovych Korolevych, Natalia Maksimchuk, Oleksandr Vasyliovych Borysov

Анотація


Тонкі плівки оксиду церію все частіше використовуються в електроніці. Цей інтерес зумовлений, насамперед, унікальними властивостями оксиду церію: високою діелектричною проникністю; високою діелектричною міцністю; високим показником заломлення; подібністю в параметрі кристалічної решітки до кремнію; сумісністю методів отримання тонких плівок з класичною кремнієвою МДН технологією. Метою даної роботи є встановлення взаємозв'язку між електрофізичними параметрами МДН структур та технологічним методом отримання тонких діелектричних плівок. Для досягнення поставленої мети проведено аналіз системи електричних зарядів у діелектрику та на межі розділу діелектрик-напівпровідник. Залежність електрофізичних параметрів МДН структури від способу отримання тонких діелектричних плівок найбільш яскраво проявляється на вольт-фарадних характеристиках цих структур. Ця залежність безпосередньо пов'язана зі зміною системою електричних зарядів в діелектрику та на межі розділу діелектрик-напівпровідника, при зміні технологічного процесу створення тонких діелектричних плівок на напівпровідниковій підкладці. У статті розглядаються способи отримання тонких плівок оксиду церію, сумісні з класичною кремнієвою технологія: метод спалаху та метод окиснення металевого дзеркала. Розглянуто систему зарядів на межі розділу діелектрик-напівпровідника та біля неї. Встановлено, що лише заряд, фіксований у діелектрику, впливає на вольт-фарадні характеристики МДН-структур, оскільки інші типи заряду відсутні та/або їх кількість є нехтовно малою. Показано, що вольт-фарадні характеристики структур алюміній-діоксид церію-кремній залежать від способу отримання діелектричної плівки. Для виявлення наявності заряду, зафіксованого в діелектрику, було використано апроксимацію вольт-фарадних характеристики в діапазоні напруги, що відповідає режиму збіднення поверхневого шару напівпровідника. Оскільки всі експериментальні характеристики в режимі збіднення поверхневого шару напівпровідника збігаються з лінійним наближенням, слід вважати, що заряд, фіксований у діелектрику, відсутній у досліджуваних структурах, або нехтовно малий.

Встановлено, що МДН структури, в яких тонкі плівки діоксиду церію отримані методом спалаху, характеризуються оборотними змінами їх напруги пласких зон. Це пояснюється зміною значення заряду, фіксованого в діелектрику, під впливом зовнішніх факторів. Метод окислення металевого дзеркала дозволяє отримати плівки діоксиду церію на напівпровідниковій підкладці із зарядом, фіксованим у діелектрику, незалежним від зовнішніх факторів.

Бібл. 9, рис. 13.


Ключові слова


тонкі плівки; оксид церію; МДН-структура; вольт-фарадні характеристики (ВФХ); система зарядів; ефектив-ний заряд

Повний текст:

PDF (Русский)

Перелік посилань для Cited-By Linking


D. Park, M. Kim, K. Beom, S.-Y. Cho, C. J. Kang, and T.-S. Yoon, “Reversible capacitance changes in the MOS capacitor with an ITO/CeO2/p-Si structure,” J. Alloys Compd., vol. 786, pp. 655–661, 2019, DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.01.343.

S. Vangelista et al., “Structural, chemical and optical properties of cerium dioxide film prepared by atomic layer deposition on TiN and Si substrates,” Thin Solid Films, vol. 636, pp. 78–84, 2017, DOI: 10.1016/j.tsf.2017.05.034.

N. V. Maksymchuk, “Plivky oksydu tseriiu dlia biosensoriv toksychnykh rechovyn: avtoreferat dysertacii [Cerium Oxide Films For Toxic Substances Biosensors: abstract of dissertation],” NTUU “KPI,” 2012, URL: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/1704.

G. Y. Krasnikov and N. A. Zaitsev, Sistema kremniy-dioksid kremniya submikronnyih SBIS [Silicon-Silicon Dioxide System of Submicron VLSI]. Moscow: Техносфера, 2003, ISBN: 9785948360089.

N. Zaitsev, G. Krasnikov, and O. Ogurtsov, “Zaryadovyie sostoyaniya MOP-struktur. Standartizirovannaya terminologiya [Charge states of MOS structures. Standardized terminology],” Electron. Sci. Technol. Bus., no. 1, pp. 64–65, 2002, URL: http://www.electronics.ru/journal/article/1293.

B. E. Deal, “Standardized Terminology for Oxide Charges Associated with Thermally Oxidized Silicon,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 27, no. 3, pp. 606–608, 1980, DOI: 10.1109/T-ED.1980.19908.

B. E. Deal, “Standardized Terminology for Oxide Charges Associated with Thermally Oxidized Silicon,” J. Electrochem. Soc., vol. 127, no. 4, pp. 979–981, 1980, DOI: 10.1149/1.2129800.

D. K. Schroder, Semiconductor material and device characterization, Third. Hoboken: John Wiley & Sons, Ltd, 2006, ISBN: 978-0-471-73906-7.

K. Piskorski and H. Przewlocki, “The methods to determine flat-band voltage VFB in semiconductor of a MOS structure,” in MIPRO 2010 : 33rd International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics, 2010, pp. 37–42, URL: https://www.researchgate.net/publication/251939902_The_methods_to_determine_flat-band_voltage_VFB_in_semiconductor_of_a_MOS_structure.


Перелік посилань


  1. D. Park, M. Kim, K. Beom, S.-Y. Cho, C. J. Kang, and T.-S. Yoon, “Reversible capacitance changes in the MOS capacitor with an ITO/CeO2/p-Si structure,” J. Alloys Compd., vol. 786, pp. 655–661, 2019, DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.01.343.
  2. S. Vangelista et al., “Structural, chemical and optical properties of cerium dioxide film prepared by atomic layer deposition on TiN and Si substrates,” Thin Solid Films, vol. 636, pp. 78–84, 2017, DOI: 10.1016/j.tsf.2017.05.034.
  3. N. V. Maksymchuk, “Plivky oksydu tseriiu dlia biosensoriv toksychnykh rechovyn: avtoreferat dysertacii [Cerium Oxide Films For Toxic Substances Biosensors: abstract of dissertation],” NTUU “KPI,” 2012, URL: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/1704.
  4. G. Y. Krasnikov and N. A. Zaitsev, Sistema kremniy-dioksid kremniya submikronnyih SBIS [Silicon-Silicon Dioxide System of Submicron VLSI]. Moscow: Техносфера, 2003, ISBN: 9785948360089.
  5. N. Zaitsev, G. Krasnikov, and O. Ogurtsov, “Zaryadovyie sostoyaniya MOP-struktur. Standartizirovannaya terminologiya [Charge states of MOS structures. Standardized terminology],” Electron. Sci. Technol. Bus., no. 1, pp. 64–65, 2002, URL: http://www.electronics.ru/journal/article/1293.
  6. B. E. Deal, “Standardized Terminology for Oxide Charges Associated with Thermally Oxidized Silicon,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 27, no. 3, pp. 606–608, 1980, DOI: 10.1109/T-ED.1980.19908.
  7. B. E. Deal, “Standardized Terminology for Oxide Charges Associated with Thermally Oxidized Silicon,” J. Electrochem. Soc., vol. 127, no. 4, pp. 979–981, 1980, DOI: 10.1149/1.2129800.
  8. D. K. Schroder, Semiconductor material and device characterization, Third. Hoboken: John Wiley & Sons, Ltd, 2006, ISBN: 978-0-471-73906-7.
  9. K. Piskorski and H. Przewlocki, “The methods to determine flat-band voltage VFB in semiconductor of a MOS structure,” in MIPRO 2010 : 33rd International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics, 2010, pp. 37–42, URL: https://www.researchgate.net/publication/251939902_The_methods_to_determine_flat-band_voltage_VFB_in_semiconductor_of_a_MOS_structure.






Copyright (c) 2019 Королевич Л. М., Максимчук Н. В., Борисов О. В.

Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ISSN: 2523-4447
e-ISSN: 2523-4455