Анотація до роботи:

Кизяк А.Ю. Процеси тунелювання і вбудови заряду в тонких і надтонких плівках SiO₂. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Інститут фізики напівпровідниківшм. В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, 2007.

Отримані експериментальні дані розподілу потенциалу (заряду) по товщині плівки для SiО₂ вирощених при різних температурах. Запропонований механізм формування заряду в процесі окислення кремнію і гама-опромінення. Розглянуто вплив вбудованого заряду на процеси кінетики окислення та тунельного струмопереносу.

В дисертації дослідженена задача встановлення механізмів формування заряду в процесі окислення кремнію і гама-опромінення, його розподілу в тонких і надтонких плівках двоокису кремнію та визначення впливу вбудованого заряду на процеси тунельного струмопереносу. Були отримані наступні основні результати.

1. Вперше експериментально отримано розподіл потенціалу, що утворюється в процесі окислення, в плівках SiО₂ різної товщини та отриманих при різних температурах (Т=800С, 850С, 950С, 1000С, 1100С). Виявлена однакова закономірність товщинного розподілу потенціалу в плівках SiО₂ вирощених при Т950С. Розподіл потенціалу в плівках отриманих при Т=800С суттєво відрізняється в межах товщин окисла ~0-9 нм. Величина і розподіл заряду визначаються температурною окислення і зміною структури плівок в процесі окислення.

2. Запропоновано механізм утворення і розподілу позитивного заряду в об’ємі SiО₂. Показано, що позитивний заряд, який виникає на/при границі Si-SiО₂ в процесі росту плівки двоокису кремнію, перерозподіляється по товщині плівки в процесі її росту за рахунок структурних перетворень в результаті релаксації напружень. Причиною виникнення від’ємного заряду може бути тунелювання електронів з підкладки та ймовірний захват їх на звисаючі зв’язки атомів кисню та/або кремнію.

3. Встановлено механізм впливу потенціалу (заряду) в SiO₂ на кінетику окислення кремнію. Показано, що характер зміни величини напруженості електричного поля в окислі прискорює або зменшує дифузію кисню до границі Si-SiО₂ і, таким чином, впливає на швидкість росту плівки. Запропоновано модель, що враховує вплив потенціалу (заряду) на кінетику окислення. Спостерігається добра узгодженість експериментальних та розрахованих даних, особливо для плівок, отриманих при Т900С.

4. Показано, що достатньо високі дози домішок в SiO₂ (бор ~510¹⁹ см^-3, миш’як ~510¹⁹ см^-3) сприяють утворенню або пасток, що захоплюють заряд, або ж від’ємного заряду, який і приводить до зниження ефективної висоти бар’єрів Al-SiO₂ та Si-SiO₂, таким чином впливаючи на процес протікання струму через надтонкі (4-9 нм) плівки SiO₂.

5. Встановлено, що відпали в парах води та водні по-різному впливають на процес струмопереносу в режимі прямого тунелювання. Відпал в парах води більш ефективно пасивує глибокі пастки в SiO₂ отриманому на р-Si, а відпал в водні в SiO₂ вирощеному на n-Si. В результаті пасивації пасток зменшується густина тунельного струму через діелектрик. Цей факт може бути використаний при формуванні схем пам’яті для збільшення часу зберігання накопленого заряду.

6. Показано, що бор видіграє важливу роль в стійкості МОН структури до дії гама опромінення. По-перше, він зменшуює величину позитивного заряду, що утворюється в результаті опромінення в діелектрику; по-друге, він є причиною утворення від’ємного заряду на границі Si/SiO₂ та в приграничній області, який сприяє підвищенню рухливості носіїв заряду в каналі транзистора.

Достовірність отриманих результатов забезпечувалась: проведенням дослідження з використанням добре апробованих методик; послідовним характером досліджень, аналізом і співставленням вивчених явищ і закономірностей з тими, які відомі в літературі і добре узгоджуються з теоретичними розрахунками; апробацією результатів дисертаціїї на спеціалізованих міжнародних та вітчизняних конференціях; публікацією основних результатів роботи в накових фахових вітчизняних та міжнародних журналах.

Список цитованої літератури

1. Deal B.E., and Grove A.S. General relationship for thermal охidation silicon // J. Appl. Phys. – 1965. – V. 36, № 12. – P. 3770-3778.

Публікації автора:

1. Evtukh A.A., Litovchenko V.G., Lisovskii I.P., Kizjak A.Yu, Pedchenko Yu.N. Electrical and structural properties of ultrathin dielectric films of SiO₂ // Ukr. Phys. J. – 1998. –V. 43. – № 5. – P. 607-613.

2. Evtukh A.A., Litovchenko V.G., Kizjak A.Yu, Fedin D.V. Fowler-Nordheim tunneling in structures with ultrathin dielectrics // Ukr. Phys. J. – 2001. – V. 46, № 9. – P. 985-990.

3. Evtukh A., Kizjak A., Litovchenko V.G., Claeys C., and Simoen E. Radiation Induced Transformation of Impurity Centers in the Gate Oxide of Short-Channel SOI MOSFETs // Solid Slate Phenomena. – 2005. – V.108-109, December. – P. 469-476.

4. Evtukh A.A., Lisovskii I.P., Litovchenko V.G., Kizjak A.Yu., Pedchenko Yu.N., Samotovka L.I. Study of the structure of ultrathin silicon dioxide films // Ukr. J. Phys. –2006. –V. 51, № 3. – P. 296-304.

5. Evtukh A., Kizjak A, Litovchenko V., Claeys C. and Simoen E. Radiation characteristics of short P-channel MOSFETS on SOI substrates // Proc. “Science and Technology of Semiconductor-On-Insulator Structures and Devices Operating in a Harsh Environment”, Kluwer Academic Publishers. – 2005. – P. 221-226.

6. Claeys C., Simoen E., Litovchenko V.G., Evtukh A., Efremov A., Kizjak A., Rassamakin Ju. Influence of g-irradiation on shot channel SOI-MOSFETs with thin SiO₂ films // Proc. “Progress in semiconductor-on-insulator structures and devices operating at extreme conditions”. – 2002. – P. 211-220.

7. Evtukh A.A., Litovchenko V.G., Kizjak A.Yu. Investigation of the tunneling current through thin dielectrics // Proc. Int. Non Volatile Memory Technol. Conf. –Albuquerque (USA). – 1998. – P. 111-114.

8. Evtukh A.A., Litovchenko V.G., Kizjak A.Yu, Pedchenko Yu.N. Kinetics of ultrathin SiO₂ films growth in oxygen // Abstract E-MRS Spring Meeting, Strasbourg, France. – 1998. – C.N-10.

9. Litovchenko V.G., Evtukh A., Kizjak A., Efremov A.A., Claeys C., Simeon E. Influence of g–irradiation on short channel SOI MOSFETs with thin gate oxide // Abstract. NATO Advanced Research Workshop “Progress in semiconductor-on-insulator structures and devices operating at extreme conditions” (Kyiv, Ukraine, October 15-20, 2000). – 2000. – P. 43.

10. Evtukh A.A., Litovchenko V.G., Efremov A.A., Lisovskii I.P., Kizjak A.Yu. Formation of the ultrathin oxides on silicon with the enhanced stability // Abstract E-MRS Spring Meeting, Strasbourg, France. – 2001. – P.N-6.

11. Claeys C., Simoen E., Efremov A., Evtukh A.A., Litovchenko V.G., Kizjak A.Yu, Rassamakin Yu.V. g-irradiation hardness of shot channel NMOSFETs in a 0.5 mm SOI technology //Abstract E-MRS 2001 Spring Meeting. – Strasbourg (France). – 2001. – P.B-19.

12. Евтух А.А., Кизяк А.Ю., Сидоренко В.П., Педченко Ю.Н., Глотов В.И. Некоторые особенности распределения заряда в пленках SiO₂ (0-500А) // Пятая международная научно-практическая конференция “Современные информационные и электронные технологии”, Одесса – 17-21 мая 2004 г. (тезисы).

13. Євтух А.А., Лісовський І.П., Литовченко В.Г., Кизяк А.Ю., Педченко Ю.М. Дослідження структури надтонких плівок двоокису кремнію // II Українська наукова конференція з фізики напівпровідників УНКФН-2, Чернівці-Вижниця, Україна, 20-24 вересня 2004 (тези).

14. Evtukh A., Kizjak A., Litovchenko V., Claeys C., Simoen E.Radiation characteristics of the short-channel MOSFETs on SOI structures // Abst. NATO Adv. Research Workshop “Science and technology of semiconductor-on-insulator structures and devices operating in a harsh environment” (Kiev, Ukraine, April 25-29, 2004). – 2004. – P. 64.

15. Evtukh A., Kizjak A., Litovchenko V.G., Claeys C., and Simoen E. The formation of negative charge in structures of n- and p-channel MOSFETs as a result of g-irradiation //NATO Advanced Research Workshop “Nanoscaled Semiconductor-on-Insulator Structures and Devices”. Sudak, Cremia, Ukraine. – 2006. – 15-19 October. (Thesis).