ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА СВОЙСТВА ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА Si-SiO2 Текст научной статьи по специальности «Физика»

учебных заведений. Сер. Электроника. 1996. № 1-2. С. 90-93.

3. Захаров А. Г., Колпачев А. Б., Молчанов Ю. ИИестюрина Е. Е. Глубокие энергетические уровни в кремнии после электроискровой обработки вольфрамовым электродом. Элементная база микро- и наноэлектроиики: физика и технология // Сб. науч. тр. под ред. Ю. Л. Чаплыгина. М.: МГИЭТ (ТУ), 1994. С. 73 - 83.

4. Захаров А.Г., Колпачев А.Б., Арзуманян Г.В. Особенности применения кластер-ного “тийтЧт’' приближения к расчету электронной структуры кремния //Новые информационные технологии. Информационное, программное и аппаратное обеспечение. Таг анрог, 1995. С. 134-135.

5. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Пер. с англ. под ред. А.Ф. Трутко. М.: Энергия, 1973. 656 с.

Ф.Ф. Касимова. Н,Г. Джавадов, Н.М. Исмайлов

ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА СВОЙСТВА ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА

Особое Конструкторское Бюро АНАКА, 370106, Баку, пр.Ашдлыг, 159> тел.: (8922) 621991

Потребность ряда отраслей промышленности в интегральных преобразователях механических величин [I] интенсифицировала исследование объемных свойств полупроводников и полупроводниковых приборов под влиянием механических напряжений [2, 3].

Известно, что давление в зависимости от площади воздействия вызывает либо уменьшение ширины запрещенной зоны, либо возникновение новых генерационно-рекомбинационных центров. Однако влияние таких напряжений на поверхностные свойства полупроводников изучено недостаточно.

Исследование влияния механических напряжений на поверхностные свойства кремния проводилось путем создания анизотропного давления на планарные п-р-п-транзисторы с управляющим затвором. С этой целью над переходом база -коллектор создавалась МОП-структура, к затвору которой с помощью стальной иглы диаметром 40 мкм прикладывалось локальное давление с нагрузкой до ЮОг, Результаты влияния механического напряжения на зависимость тока базы 1р от напряжения на затворе при заданном значении ивк показано на рис Л. В этих измерениях изменения пикового значения тока отражают изменения поверхностной составляющей базового тока 1В5-

В [4] показано, что ток поверхностной рекомбинации линейно зависит от собственной концентрации носителей п, и концентрации генерационно-рекомбинационных центров ]ч:(. Величина п, зависит от вызываемого давлением уменьшения ширины запрещенной зоны, а 14, можно изменять введением обратимых центров рекомбинации в область поверхности раздела.

Анализ энергетической зонной структуры границы раздела ВьБ! 02 под влиянием давления показал, что величина сдвига Ди вольт-фарадной характеристики МОП-структуры по оси смещения определяется выражением

УДК 621.315.592

(1)

Величины ДЕр и ДФт есть вызванные механическим напряжением полные изменения уровня Ферми в полупроводнике и работа выхода металла, С0 - емкость окисла на единицу площади.

Напряжение затвора I',,, V

Рис. I Зависимость тока базы от напряжения на затворе при различных значениях приложенного давления

Оценку вклада ЛЕР в сдвиг С-У-характеристики можно провести по упрощенной формуле [5]:

ДЕг=0,8-10-”ет (2)

Даже при предельных давлениях для кремния, равных Ю10дин/см2, вклад АЕР в сдвиг С-У-характеристики не более 10’2В. Такого же порядка является вклад в сдвиг С-У-характеристики. определяемый вел тиной ЛФ!П.

Результаты экспериментальных измерений С-У-характеристик МОП-структур на частоте 1МГц приведены на рис.2 и сводятся к следующем)': при увеличении давления емкость МОП-структуры растет как в области окисла, так и в инверсионной области, заряд поверхностных состояний на границе 51-3102 растет с увеличением давления.

Оценка вклада изменения емкости окисла под влиянием давления в общее изменение емкости МОП-структуры показала, что она вносит не более 1 % в сдвиг С-У-характеристик.

Таким образом, наиболее вероятной причиной увеличения емкости МОП-структуры и сдвига С-У-характеристик. под влиянием анизотропного давления является изменение заряда в окисле. Поле упругих механических напряжений, создаваемое под влиянием приложенного давления, приводит к миграции положительных ионов натрия в окисле к границе раздела 51-5102, что влечет за собой горизонтальный сдвиг С-У-характеристики в сторону отрицательных напряжений. Помимо этого, дополнительный положительный заряд границы раздела вызывает обогащение поверхности подложки электронами и, как следствие, рост емкости МОП-структуры в инверсионной области. Линейность изменения емкости в зави-

симости от давления дает возможность применять МОП-струкгуры в качестве датчиков давления с частотным выходом, что позволяет передавать сигналы на расстояние.

Рис.2.Вольт-емкостные характеристики МОП-структур под влиянием локального давления. (с1=40мкм):

1) без давления; 2)103кГ/см2; 3)2-1 (УкГ/см2; 4)4-103кГ/см2

В заключение отметим, что влияние механических напряжений на полупроводниковые структуры может служить дополнительным инструментом исследования их параметров.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аш Ж. Датчики измерительных систем. М.: Мир, 1992. Т.2. С.5-124.

2. Артамонов В. В., Валах М.Я., Романюк Б.Н. Оптическое зондирование упругих напряжений в кремниевых структурах.//Микроэлектроника. 1990. Т. 19. №4.

С.380-386.

3. Воронин А.Д., Гурский Л.К, Калинская А.В. Влияние распределения точечных дефектов на напряженное состояние системы пластина - технологические слои //Электронная техника. Сер.З. Микроэлектроника. 1991. Вып.4(143). С.29-31.

4. Reddi V.G. Influence of surface conditions on silicon planar transistor current. Solid-State Electron, 1967. Vol. 10. №4. P.305-334.

5. Fonash S.J. Effects of stress on MOS-structures. -J.Appl.Phys.. 1973. Vol.44. №10. P.4607-4615.