Материал: whDdES57Rc

Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)» на кафедре микро- и наноэлектроники.

Защита состоится 8 декабря 2016 г. в 16:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.238.04 на базе Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и на сайте: www.eltech.ru.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу в диссертационный совет Д 212.238.04.

Автореферат разослан 7 октября 2016 года.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработка и создание новых материалов и структур для полупроводниковой электроники требует соответствующего развития средств диагностики их параметров. Среди электрических методов диагностики метод электрохимического вольт-фарадного профилирования (ECV) выделяется тем, что не требует создания специальных структур и нанесения контактов для проведения измерений, позволяя получать информацию не только о распределении примеси, но и распределении свободных носителей заряда.

Метод ECV был представлен в 1974 году Т. Амбриджом (T. Ambridge)

иМ. М. Фактором (M. M. Faktor) [1]. Физические принципы, лежащие в основе метода электрохимического вольт-фарадного профилирования и других емкостных методов достаточно полно рассмотрены в работах П. Блада (P. Blood) [2, 3]. Среди отечественных авторов проблеме емкостных и измерений в системе электролит-полупроводник посвящены работы Л. С. Бермана [4], П. П. Конорова [5], М. М. Соболева [6], П. Н. Брункова [7], В. И. Шашкина [8] и др. За время с начала своей разработки постоянно расширяется список материалов и структур, которые могут быть исследованы с использованием метода электрохимического вольт-фарадного профилирования. Однако, несмотря на свою долгую, для методов диагностики, историю, остается ряд нерешенных проблем, которые не позволяют получать адекватные результаты при исследовании некоторых актуальных полупроводниковых материалов

иструктур на их основе. Одной из таких проблем является неоднозначность в выборе параметров для проведение измерений в структурах с резким распределением примеси, неправильный выбор которых может привести к ошибочным результатам. Исследование таких узкозонных материалов как InAs тоже сопряжено с определенными трудностями. Так, в слаболегированном InAs n- типа результаты ECV измерений дают завышенное значение концентрации свободных носителей заряда, по сравнению с результатами измерения другими методами. Еще одна проблема возникает при исследовании широкозонных полупроводниковых материалов и материалов с глубокой примесью, в которых выбор частоты тестового сигнала для измерения емкости сильно влияет на величину измеряемой концентрации.

Целью данной работы являлось развитие многочастотного метода электрохимического вольт-фарадного профилирования, а также исследования рас-

4

пределения плотности носителей заряда в структурах со сложным профилем легирования и в условиях неполной ионизации примеси в широкозонных полупроводниках.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1.Разработать критерии выбора оптимальных параметров проведения измерений методом электрохимического вольт-фарадного профилирования для различных актуальных материалов и структур полупроводниковой электроники.

2.Проанализировать причину завышения результатов измерения концентрации свободных носителей заряда с использованием метода электрохимического вольт-фарадного профилирования в узкозонных полупроводниках

ипредложить метод корректных измерений концентрации примеси в таких материалах.

3.Исследовать причину изменения концентрации, измеряемой в методе ECV, в зависимости от частоты тестового сигнала, используемого для измерении емкости. Разработать методику адекватной интерпретации полученных значений наблюдаемой концентрации в широком диапазоне частот.

Научная новизна:

1.Развита и практически реализована методика вольт-фарадных измерений в системе электролит-полупроводник в расширенном диапазоне частот (до 2 МГц).

2.Научно обоснована эффективность применения широкого частотного диапазона для измерений широкозонных материалов и структур.

3.Для наиболее актуальных широкозонных полупроводников методом ECV зарегистрирована частотная дисперсия измеряемой концентрации.

4.Предложен метод выбора оптимальной частоты в процессе проведения электрохимических вольт-фарадных измерения в структурах с резким изменением профиля концентрации.

5.Показано, что завышение значения измеряемой концентрации основных носителей заряда методом ECV в узкозонных полупроводниках типа

n-InAs происходит из-за возникающей инверсии типа проводимости.

6. Предложен и реализован режим неравновесных вольт-фарадных измерений в методе электрохимического вольт-фарадного профилирования для исключения влияния инверсии типа проводимости на результаты измерения концентрационного профиля.

5

Научная и практическая значимость работы сводится к следующему:

1.Предложен алгоритм выбора оптимальных параметров проведения ECV измерений, который может быть использован при исследованиях структур с резким градиентом концентрации.

2.Реализован метод неравновесных электрохимических вольтфарадных измерений, позволяющий производить корректное измерение концентрационного профиля в узкозонных полупроводниках.

3.Развита техника ECV измерений распределения концентрации основных носителей заряда в материалах с резким градиентом концентрации примеси, что продемонстрировано в частности для кремниевых структур с ионной имплантацией.

4.Продемонстрирована возможность использования метода ECV для

измерения концентрационных профилей в структурах с концентрацией примеси в диапазоне от 1011 см−3 до 1021 см−3.

5. Предложена методика анализа частотной зависимости концентрации, рассчитанной из вольт-фарадных характеристик в полупроводниках с глубокой примесью.

Основные положения, выносимые на защиту:

Положение 1. Предложенный метод проведения и анализа электрохимических вольт-фарадных измерений, заключающийся в процедуре выбора оптимальной частоты тестового сигнала и режима травления, позволяет получить корректный профиль концентрации в структурах со сложным профилем легирования.

Положение 2. Переход от режима обеднения в режим инверсии в стационарных электрохимических вольт-фарадных измерениях в n-InAs приводит к завышению измеряемой концентрации свободных носителей заряда.

Положение 3. Применение нестационарных вольт-фарадных измерений с использованием электролита для формирования выпрямляющего перехода обеспечивает корректное измерение концентрации подвижных носителей заряда в узкозонных полупроводниках с низкой концентрацией примеси.

Положение 4. Изменение частоты, при которой измеряется барьерная емкость, в полупроводниках с глубокой примесью позволяет построить профиль концентрации при фиксированном напряжении смещения за счет изменения ширины области объемного заряда.