Распределениe потенциала в барьерах Шоттки на основе соединения Si1-xGex

Захаров Анатолий Григорьевич; Богданов Сергей Александрович; Лытюк Александр Анатольевич

УДК 621.382.22

АХ. Захаров, С.А. Богданов, А.А. Лытюк

E

СОЕДИНЕНИЯ SI1-XGEX

В работе приводятся результаты моделирования распределения потенциала в области пространственного заряда полупроводника наноконтакта металл-Si^fiex. Моделирование проводилось с учетом особенностей распределения электрически активных примесей в полупроводнике. Результаты работы могут быть использованы при проектировании и производстве быстродействующей элементной базы на основе нанометри-ческих гетероструктур и сенсоров физических величин с улучшенными значениями от.

Полупроводниковое соединение Si1.xGex; уравнение Пуассона; планарный контакт;

; ; ; ;

; .

A.G. Zakharov, S.A. Bogdanov, A.A. Lytyuk

POTENTIAL DISTRIBUTION IN SHOTTKY BARRIERS ON BASIS

OF SI1-XGEX

Simulation of potential distribution in semiconductor space-charge region of metal-Si1.xGex nanocontact is presented. Characteristics of electrically active impurities distribution in semiconductor are taken into account in simulation. Results of work could be used in designing and manufacturing of very high speed electronics based on nanometrical heterostructures and sensors with improved values of certain parameters.

Semiconductor compound Si1-xGex; Poisson equation; planar contact; edge effects; cylindrical contact; spherical contact; ion implantation; Gauss principal; impurity distribution.

Совершенствование технологии формирования тонких пленок, отличающихся высокой повторяемостью электрофизических свойств, позволяет сосредоточить внимание на исследовании гетероструктур, способных стать основой для создания новых элементов твердотельной электроники. При этом особый интерес вызывают - ,

, -. -ние Si1-xGex, основными отличиями которого являются возможность существенного варьирования величины запрещенной зоны путем изменения состава соединения, а также относительно высокая подвижность дырок в Si1-xGex p-типа проводимости по сравнению с подвижностью дырок в кремнии. Кроме того, следует отметить совместимость технологии изготовления интегральных микросхем на его основе с кремниевой КМОП-технологией.

Целью настоящей работы является моделирование распределения потенциала в области пространственного заряда (ОПЗ) полупроводника наноконтакта металл-Si1-xGex .

Моделирование распределения потенциала р проводилось на основе уравнения Пуассона:

div (££0 grad (р)) = -р(р), (1)

где £ - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника;

£0 - электрическая постоянная;

Р(Р) - .

При моделировании использовались следующие приближения:

♦ отсутствие промежуточного диэлектрического слоя между металлом и полупроводником, а также изотропность относительной диэлектрической проницаемости полупроводника;

♦ отсутствие зарядовых состояний на границе раздела металл-

;

♦ отсутствие ионизированных глубо ких уровней в ОПЗ полупроводника.

Решение (1) осуществлялось численно, методом конечных разностей [1], по

методике, изложенной в [2]. Для оценки адекватности используемого численного метода проверка разностной схемы предварительно осуществлялась на известном аналитическом решении (1) [3]. При этом рассматривался невырожденный полупроводник с одним типом однозарядной легирующей примеси, распреде-.

Объектами моделирования распределения потенциала являлись контакты Ni-Si0.7Ge0.3 n-типа проводимости и Al-Si0.8Ge0.2 p-типа проводимости, величины высот барьеров Шоттки которых равны соответственно 0,671 эВ и 0,575 эВ [4,5]. В качестве донорной примеси рассматривался фосфор, акцепторной - бор, при этом величины их концентраций считались недостаточными для вырождения. Распределение потенциала рассчитывалось относительно дна зоны проводимости для n- p- . -

лирования планарного контакта Ni-Si07Ge03 представлены на рис. 1 (кривая 1).

, ,

, , случае малых размеров контакта. Возникающее при этом распределение потенциала в ОПЗ полупроводника может иметь существенные отличия от соответствующего распределения для планарного контакта.

Моделирование влияния краевых эффектов на распределение потенциала в , ,

[6]: металлические сфера и бесконечный цилиндр, помещенные в полупроводник.

(1) .

Результаты моделирования распределения потенциала в ОПЗ полупроводника контактов Ni-Si07Ge03 различной конфигурации при Nd = const представлены на рис. 1. Видно, что влияние краевых эффектов может приводить к существенному уменьшению ширины ОПЗ в полупроводнике, и, таким образом, влиять на явления переноса носителей заряда в структуре металл-Sii^Ge» а также емкостные свойства контакта.

Для получения тонких легированных слоев широко используется метод ион, -ческих элементов и получать требуемые величины и заданные распределения концентрации [7]. Профиль внедренных ионов по глубине полупроводника может

[8]:

N (x) =

AR

p

где X - глубина от поверхности мишени;

Q - количество легирующих ионов на единицу площади; RP - средняя величина проекции пробега ионов;

ARP - среднее нормальное отклонение проекции пробега.

ІВ4

Раздел IV. Точные и естественные науки

Рис. 1. Распределения потенциала в ОПЗ контактов Ы1-8107Ов03 различной конфигурации при концентрации легирующей принеси = 1013 см'3:

1 - планарный контакт; 2 - цилиндрический контакт; 3 - сферический контакт)

Будем считать, что ионы имплантируют в однородно легированный полупроводник (N = 1013 см-3), профиль распределения внедренных атомов изменяется

незначительно после термообработки, эффект каналирования отсутствует. Литературные данные свидетельствуют об уменьшении длины пробега ионов легирующей примеси в полупроводниковом соединении 811-хвех по сравнению с кремнием

[9] до 25 %, что учитывалось при моделировании.

, -тов представляет контакт сферической формы [6], поэтому численное моделирование в дальнейшем осуществлялось для данных конфигураций контактов на основе структур №-810.7Ое0.3 и Л1-810.8Ое0.2. На рис. 2 представлены результаты моделирования распределений потенциала в ОПЗ сферического контакта Л1-8108Ое02 для случая распределения легирующей примеси по закону Гаусса при Q = 1011 см-2 и различных значениях средней величины проекции пробега ионов бора.

'/ '

\К т=350 нм

\

-ТГгГ’-150 нм гг^гт._ .

і і і і і

о.. 15 0 0.75 1 1.15 1.5 1.75 Ї 1.15 2 5 2.75 3 3.25 3.5 3.75

Рис. 2. Распределения потенциала в ОПЗ сферического контакта А1-8108Ое0.2 (распределение принеси по закону Гаусса)

Сравнительный анализ результатов моделирования (см. рис.1 и рис. 2) указывает на существенное влияние неоднородного легирования полупроводника на форму распределения потенциала, которая, в свою очередь, может влиять как на емкостные свойства контактов металл-Si^Ge» так и на генерационно-рекомбинационные про, .

Результаты работы могут быть использованы при проектировании и производстве быстродействующей элементной базы на основе нанометрических гетеро, -.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Турчак Л.И., Плотников П.В. Основы численных методов: Учебное пособие. - М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2005. - 304 с.

2. Захаров АТ., Котов В.Н., Богданов С.А. Моделирование распределения потенциала в барьерах Шоттки транзистора с металлической базой // Нано- и микросистемная техника. - 2007. - № 4.

3. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Кн.1 / Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 456 с.

4. Das R. et al. Studies on the electrical characteristics of Ni and NiPt-alloy silicided Schottky diodes // Proceedings of the XXVIIIth General Assembly of International Union of Radio Science in New Delhi. October, 2005.

5. Jiang R.L. et al. Properties of Schottky contact of Al on SiGe alloys // Appl.Phys.Lett., vol.68, No.8, February, 1996.

6. . ., . . -

полупроводник // Физика и техника полупроводников. - 2004. Т. 38. Вып. 9. - С. 1084-1088.

7. Мейер Дж., Эриксон Л., Дэвис Дж. Ионное легирование полупроводников (кремний и германий) / Пер. с англ./Под ред. Гусева В.М. - М.: Мир, 1973. - 296 с.

8. Пирс К. и др. Технология СБИС: В 2-х кн. Кн.1.Пер. с англ. / Под ред. С.Зи. - М.:

,1986. - 404 .

9. Wittmann R., Hossinger A., Selbeherr S. Monte-Carlo simulation of ion implantation in silicon- germanium alloys / Proceedings ESS.1, 35, 2003.

Захаров Анатолий Григорьевич

Технологический институт Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.

E-mail: [email protected].

347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44.

Тел.: 88634371663.

Богданов Сергей Александрович

E-mail: [email protected].

Лытюк Александр Анатольевич

E-mail: [email protected].

Zakharov Anatoliy Grigorievich

Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.

E-mail: [email protected].

44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia.

Phone: 88634371663.