Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
1.1. Понятие «туннельная МОП структура» 12
1.1.1. Определение и характерные параметры 12
1.1.2. Распределение напряжения в туннельной МОП структуре 14
1.2. Современные тенденции скейлинга в микроэлектронике 15
1.3. Основные свойства МОП структур с толщиной окисла менее 3 нм 19
1.3.1. Режим аккумуляции 19
1.3.2. Режим обеднения/инверсии в структурах на подложке n-Si 21
1.3.3. Режим обеднения/инверсии в структурах на подложке p-Si 26
1.3.4. Электролюминесценция 28
1.4. Обзор применений туннельных МОП структур 29
1.4.1. Полевой транзистор (MOSFET) 30
1.4.2. Биполярный оже-транзистор с туннельным МОП эмиттером 32
1.5. Проблема неоднородности толщины диэлектрика в литературе 34
1.5.1. Качественное описание влияния неоднородности 34
1.5.2. Происхождение неоднородности толщины диэлектрика 38
Заключение к Главе 1 40
Глава 2. Модель протекания тока в туннельной МОП структуре, учитывающая статистический разброс толщины диэлектрика 42
2.1. Параметризация неоднородного слоя окисла 42
2.1.1. Плотность распределения толщины диэлектрика 42
2.1.2. Характерный пространственный масштаб неоднородности 43
2.1.3. Простая модель неоднородного по толщине окисла 46
2.2. Локальные модели туннельной МОП структуры 48
2.2.1. Расчет ВАХ при прямом смещении 49
2.2.2. Расчет ВАХ при обратном смещении (подложка п-типа) 50
2.2.3. Расчет ВАХ при обратном смещении (подложка р-типа) 52
2.3. Ток и его дисперсия в туннельных МОП структурах 54
2.3.1. Средняя плотность тока через прибор 55
2.3.2. Технические детали расчета дисперсии тока 57
2.3.3. Дисперсия тока как функция размера прибора: обсуждение 61
2.3.4. Оценка масштаба пространственной неоднородности толщины на основе данных по дисперсии тока 64
2.4. Моделирование вольтамперных характеристик 65
2.4.1. Структуры большой площади. Эффективная толщина 65
2.4.2. Структуры малой площади. Статистическое описание ВАХ 69
Заключение к Главе 2 71
Глава 3. Электрические характеристики туннельных МОП структур большой площади с пространственно-неоднородной толщиной окисла 72
3.1. Сведения об изготовлении исследуемых образцов .72
3.2. Измерения вольтамперных характеристик 74
3.2.1. Экспериментальная установка. 74
3.2.2. Методика записи ВАХ. Интерфейс измерительной системы 75
3.3. Особенности ВАХ в режиме аккумуляции, связанные с дисперсией толщины Si02 77
3.4. Особенности ВАХ в модели обеднения, связанные с дисперсией толщины Si02 79
3.5. Интегральный баланс токов в режиме обеднения/инверсии 81
3.6. Влияние дисперсии толщины БіОг на поведение МОП структур Al/Si02/p-Si в режиме инверсии 82
3.6.1. Форма вольтамперных кривых 82
3.6.2. Положение квазиуровня Ферми для электронов в инверсном слое 85
3.6.3. Особенности, связанные с резонансным переносом электронов 86
3.7. Влияние дисперсии толщины Si02 на поведение МОП структур Al/Si02/n-Si в режиме инверсии 88
3.7.1. Форма вольтамперных кривых 89
3.7.2. Параметры переключения. Коэффициент инжекции МОП эмиттера 92
3.8. Оценка и учет параметров разброса толщины диэлектрика 94
3.8.1. Экспериментальное определение средней толщины окисла и дисперсии толщины 94
3.8.2. Учет неоднородности толщины Si02 при метрологических измерениях с использованием туннельных МОП структур 98
Заключение к Главе 3 100
Глава 4. Исследования деградации и пробоя МОП структур с туннельно-тонким слоем окисла 101
4.1. Процедуры испытаний туннельных МОП структур 102
4.2. Ток в туннельной МОП структуре в режиме обогащения после мягкого пробоя 103
4.3. Особенности поведения би стабильных туннельных МОП структур после повреждения диэлектрика 107
4.3.1. Трансформация S-образной В АХ при повреждении Si02 107
4.3.2. Модель мягкого пробоя туннельной МОП структуры при обратном смещении 109
4.4. Изменения характеристик транзистора с туннельным МОП эмиттером вследствие деградации и пробоя окисла 112
4.4.1. Деформация выходных характеристик 112
4.4.2. Снижение малосигнального коэффициента усиления 115
Заключение к Главе 4 116
Глава 5. Оптические характеристики туннельных МОП структур с неоднородно распределенной толщиной диэлектрика 118
5.1. Люминесценция туннельной МОП структуры при наличии дисперсии толщины окисла 118
5.2. Измерения: описание спектрометра и процесса получения спектров 120
5.3. Спектры электролюминесценции и их трансформация при повреждении диэлектрика 121
5.3.1. Общие тенденции 121
5.3.2. Проявления эффекта неоднородности толщины 123
5.4. Эволюция интенсивности свечения на фиксированной длине волны 127
5.4.1. Возможные варианты эволюции интенсивности 128
5.4.2. Мониторинг интенсивности как инструмент исследования мягкого пробоя , 129
Заключение к Главе 5 131
Заключение 133
Список публикаций по теме диссертации 138
Список цитируемой литературы 141
