Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
термовозбуждения электронов с ло-вушекдв^зону!проводимости диэлектрика. В
случае кулоновских ловушек соответствующее выражение для тока фактически
совпадает ct выражением для эмиссии Шоттки. При этом, однако, <рв
означает глубину^ловушки, а не высоту энергетического барьера. Кроме
того, для механизма Пула - Френкеля слагаемое
424
Глава 7
(S', Ю6В/см
Рис. 33. Вольт-амперные характеристики структуры Au - Si3N4 - Si при
комнатной температуре. Вставка иллюстрирует механизм эмиссии Пула -
Френкеля [50].
У^/ле* , соответствующее полевому уменьшению энергетического барьера, в
два раза больше, чем для эмиссии Шоттки. Туннельному механизму
проводимости соответствуют либо чисто полевая ионизация захваченных
электронов с. ловушек диэлектрика в его зону проводимости, либо
непосредственные туннельные переходы электронов из металла в зону
проводимости диэлектрика. Характерными свойствами туннельного механизма
являются слабая температурная зависимость тока и очень сильная
зависимость его величины от приложенного напряжения. Токи, ограниченные
пространственным зарядом, наблюдаются при сильной моно-полярной инжекции
носителей тока в диэлектрик и при отсутствии в нем подвижных
компенсирующих зарядов противоположного знака. В этом случае, если
пренебречь захватом электронов на ловушки, ток пропорционален квадрату
приложенного напря-
МДП-структуры. Приборы с зарядовой связью
425
жения. При низких напряжениях и повышенных температурах ток в диэлектрике
может определять обычное термовозбуждение электронов с ловушек в зону
проводимости. При этом вольт-амперная характеристика линейна, а
соответствующая проводимость экспоненциально зависит от \/Т. Ионная
проводимость диэлектриков подобна диффузионным процессам. Однако
постоянная компонента ионного тока существенно уменьшается с течением
времени после приложения напряжения, поскольку инжекция ионов в
диэлектрик и их экстракция из него сильно затруднены. Поэтому
сравнительно большие начальные ионные токи приводят лишь к
перераспределению ионного заряда от одного края диэлектрика к другому.
После снятия внешнего напряжения в диэлектрике остается большое
внутреннее поле, расталкивающее ионы. Однако за конечные времена
равновесное распределение ионного заряда по толщине диэлектрика не
успевает установиться, что приводит к соответствующим гистерезисным
эффектам.
Применительно к конкретным изолирующим слоям каждый из рассмотренных
механизмов проводимости обычно доминирует в определенном диапазоне
напряжений и температур. Однако при анализе экспериментальных результатов
следует принимать во внимание и то, что эти основные механизмы не в
полной мере независимы друг от друга. Так, например, туннельные
характеристики с учетом перераспределения электрического поля при больших
плотностях пространственного заряда приближаются к форме характеристик,
соответствующих эмиссии Шоттки [49].
На рис. 33 в качестве примера приведены вольт-амперные характеристики
пленок нитрида кремния [50], построенные
в так называемых координатах Пула - Френкеля (in / - 1f<8)> Пленки Si3N4
осаждались на подложку из вырожденного кремния я-типа (р = 0,0005 Ом-см)
в процессе реакции SiCl4 + NH3 при 1000 °С. В качестве электрода
напылялась пленка золота Au. Отметим, что при высоких полях зависимости,
соответствующие положительным и отрицательным напряжениям, практически
идентичны. Небольшое различие этих характеристик при малых полях, по-
видимому, связано с отличием высоты энергетических барьеров на границах
нитрид - золото и нитрид - кремний. Отметим также, что при высоких полях
ток сквозь пленку нарастает экспоненциально (показатель экспоненты
пропорционален корню квадратному из электрического поля), а при малых
полях вольт-амперная характеристика является линейной. Было установлено,
что при комнатных температурах форма приведенных характеристик
практически не зависит от толщины пленки, площади и материала верхнего
электрода и полярности напряжения. Все это указывает на то, что
проводимость пленок определяют объемные процессы, а не свойства
приэлектродной области, как в диодах с барьером Шоттки. Отметим, кроме
того, что при низких
426
Глава 7
Т, °С
Рис. 34. Температурная зависимость плотности тока в пленках Si3N4 [50],
А1203 [51] и Si02 [52].
температурах проводимость пленок нитрида кремния практически не зависит
от температуры. На рис. 34 приведены температурные зависимости плотности
тока в трех разных изоляторах. На кривой, полученной для пленки Si3N4 при
электрическом поле 5,3 X X 10е В-см"1, можно выделить три компоненты: Jlt
J2 и J3. Ток Jx обусловлен эмиссией Пула - Френкеля. Он преобладает при
высоких электрических полях и сравнительно высоких температурах. Отметим,
что величина высокочастотной (динамической) диэлектрической
проницаемости, которую можно определить по наклону этого участка
характеристики (е, = 5,5), близка к соответствующим значениям, полученным
из оптических изме-
