- •1 Границя напівпровідник-діелектрик та її основні електрофізичні властивості. Границя метал-напівпровідник та її властивості.
- •2 Розрахунок положення рівня Фермі в напівпровіднику в залежності від концентрації легуючої домішки та температури.
- •4 Діод Шоткі та його електрофізичні властивості. Формування діоду Шоткі, розрахунок профіля потенціалу в опз та ємності діода в залежності від прикладеної напруги. Випрямляючі властивості діоду Шоткі.
- •6. Епітаксія та її особливості. Молекулярно-променева епітаксія та її застосування для виготовлення сучасних елементів інтегральних схем.
- •7 Окисленнянапівпровідників. Сухе та вологе окислення кремнію. Фізичні моделі та особливості технологічного процесу окислення кремнію.
- •8. Літографія в мікроелектроніці. Можливості оптичної, рентген і вської, електронної та іонної літографії літографії.
- •9. Травлення та техніка масок. Йонне та хімічне травлення.
- •Техніка масок
- •10 Методи нанесення тонких плівок. Металізація. Термічне та катодно напилення. Напилення електронним променем. Розпилення в плазмі різних матеріалів. Плазменна обробка напівпровідників.
- •3.2 Катодне напилення
- •3.4 Анодування
- •Металізація
- •11А. Аморфні напівпровідники. Виготовлення тонких плівок з аморфних н/п.
- •11.Б* полікристалічні напівпровідники. Отримання тонких плівок полікристалічних н/п.
- •12. Отримання тонких та товстих плівок в мікроелектронній технології. Гібридні інтегральні мікросхеми та їх особливості.
- •14 Особливості ізоляції елементів в мікроелектроніці. Ізоляція V-кананавками. Епік процес. Інші засоби ізоляції елементів в мікроелектроніці.
- •18.Запам'ятовуючі пристрої в мікроелектроніці. Постійні, статичні та динамічні елктектронні запам'ятовуючі пристрої. Ппзз та їх конструкція.
- •19. Пзз Принципова будова матриці
11А. Аморфні напівпровідники. Виготовлення тонких плівок з аморфних н/п.
Аморфні напівпровідники - напівпровідникові матеріали, що характеризуються наявністю ближнього порядку та відсутністю далекого. Аморфні та склоподібні напівпровідники за складом і структурою належать до халькогенідних, оксидних, органічних і тетраедричних. Халькогенідні склоподібні напівпровідники отримують шляхом охолодженням розплаву або випаровування у вакуумі. До таких матеріалів належать селен і телур, а також дво- та багатокомпонентні склоподібні сплави халькогенідів - сульфідів, селенідів і телуридів - із різноманітними металами, наприклад As-S-Se, As-Ge-Se-Te, As-Sb-S-Se. Елементарні тетраедричні аморфні Ge та Si отримують найчастіше іонним розпиленням у різноманітних атмосферах, що містять водень, або через дисоціацію газів, зокрема SiH4 і GeH4 у високочастотному розряді.
Усі особливості аморфних і склоподібних напівпровідників визначаються особливостями енергетичного спектра електронів, зокрема завдяки ближньому порядку у таких матеріалах спостерігаються області із високою та низькою щільністю електронних станів. Тому можна умовно говорити про зонну структуру аморфних напівпровідників. При цьому розупорядкованість структури спричиняє появу додаткових дозволених електронних станів, щільність яких g(Е) спадає вглиб забороненої зони, утворюючи так звані хвости щільності станів (рис. 1). Як наслідок порушення далекого порядку різкий перехід між дозволеними та забороненими рівнями стає поступовим із розмитими границями. Деякі із локальних дефектів спричиняють появу всередині забороненої зони дозволених рівнів електронних станів, дуже часто - із високою щільністю (рис. 1 б). Максимуми N(Е), обумовлені дефектами структури, можуть виникати всередині щілини та перекриватись один з одним, як і самі "хвости" (рис. 1 в). Унаслідок щільність станів електронів і дірок тільки знижується між зоною провідності та валентною зоною, але не досягає нульового значення, як зазвичай відбувається у забороненій зоні кристалічного напівпровідника.
Електронні стани у "хвостах" поділяються на локалізовані та делокалізовані. Останні дають внесок до процесів електроперенесення та часто називаються струмопровідними. Різкі границі між цими станами називаються краями рухливості (Еc та Еv), а відстань між ними - забороненою зоною або щілиною рухливості (Eg).
Залежно від того, як формується густина станів аморфного матеріалу, виділяють три механізми провідності, які виявляються за різних температур. Перший - це перенесення по делокалізованих станах носіїв заряду, що збуджені за край рухливості. При цьому статична провідність ст у широкому інтервалі температур визначається формулою
(1)
де ЕF - енергія Фермі, = 103 -104 Ом-1 см -1. Іншим механізмом є стрибкове перенесення носіїв заряду, що збуджені у локалізовані стани поблизу країв рухливості (напр., у стани між ЕA та Ес). У цьому випадку
(2)
з енергією активації стрибка W і < 10 Ом-1 см-1 . Третім механізмом провідності є стрибкове перенесення по локалізованих станах поблизу ЕF
(3)
При цьому перші два механізми більш характерні для халькогенідних склоподібних напівпровідників, а третій - для елементарних тетраедричних напівпровідників. Рухливість носіїв заряду таких напівпровідників є незначною ~ 10-5 -10-8 см2 В-1с-1 і залежить від товщини зразка та прикладеного до нього електричного поля. Така залежність пов'язується або з багаторазовим захопленням носіїв на локалізовані стани, що розподілені за деякою функцією розподілу, або зі стрибковим перенесенням. Для більшості халькогенідних склоподібних напівпровідників провідність та енергія активації не залежать від природи та концентрації домішок, оскільки зазвичай домішкові атоми виявляють максимальну валентність, віддаючи всі свої валентні електрони на утворення ковалентних зв'язків з атомами основної речовини. Однак домішки перехідних металів, таких як Ni,Fe, W тощо, спричиняють появу домішкової провідності, що викликає різке зростання провідності аморфного матеріалу, зокрема аморфний кремній вдається ефективно легувати фосфором і бором. У багатьох халькогенідних стеклах спостерігається ефект переключення, що полягає у швидкій
(~ 10-10 с) зміні характеру провідності з високоомного до низькоомного стану під дією електричного поля із напруженістю > 102 В*см-1. Цей ефект пов'язується з інжекцією носіїв заряду з контакту та делокалізацією захоплених носіїв. Поряд із цим збільшення провідності спричиняє зростання температури у шнурі струму. Зазвичай ефект переключення є відворотнім. Але в деяких халькогенідних стеклах низькоомний стан зразка зберігається досить довго, і для повернення у високоомний стан необхідно пропустити через зразок короткий імпульс струму. Такий ефект пам'яті може бути пояснений частковою кристалізацією речовини в області струмового шнура.
Із приводу оптичних властивостей аморфних і склоподібних напівпровідників варто зазначити, що край основного поглинання світла в них можна поділити на три ділянки. В області високих значень коефіцієнта поглинання (α > 104 см-1) його залежність від частоти можна описати формулою
(4)
де константа В ~105-106 см-1еВ-1, а - оптична ширина забороненої зони. В області середніх значень коефіцієнта поглинання
1см-1 < α < 103-104 см-1
залежність α від частоти має вигляд
(5)
де А = 15-20 еВ-1. Область слабкого оптичного поглинання (α < 1 см-1) визначається поглинанням світла на дефектах структури.
Фотопровідність в аморфних напівпровідниках залежить від інтенсивності світла за законом
(6)
де A - константа, I - інтенсивність світла, що поглинається, а показник може змінюватись в інтервалі значень від 0,5 до 1,0. Спектральна залежність характеризується максимумом і пологим довгохвильовим плечем. При цьому досягає максимального значення у тій області температур, де і за зниженням температури спадає експоненційно, а в області низьких температур спадання уповільнюється. Така поведінка пояснюється прилипанням і рекомбінацією нерівноважних носіїв на локальних центрах, що неперервно розподілені у забороненій зоні.
Виготовлення тонких плівок з аморфних н/п.
Синтез аморфних форм кремнію і германію. Аморфні кремній і германій отримують шляхом їх випаровування і конденсації в глибокому вакуумі або катодного розпилення в аргоновій плазмі. Для отримання аморфного гідрогенізованого кремнію (а - Si: H) широко використовується метод розкладання моносілана SiH4 в плазмі тліючого розряду. Велике поширення останнім часом отримали: метод хімічного осадження(випадання в осад, конденсація ІМХО) з парової фази (CVD-технологія), магнетронне розпорошення кремнієвої мішені, електронне випаровування в присутності атомарного потоку водню. Метод високочастотного іонно-плазмового розпилення кремнієвої мішені в атмосфері аргоноводневої суміші універсальний, простий і в той же час дозволяє отримувати плівки а - Si: H великої площі з високим ступенем однорідності за площею і товщиною (в тому числі і леговані плівки а - Si: H ). Зазначені методи залежно від умов експерименту (швидкості осадженні, температури підкладки, наступної термообробки, залишкового тиску газів в установці) дозволяють отримувати аморфні шари, що сильно розрізняються за властивостями.
При отриманні аморфного кремнію методом розкладання SiH4 в тліючому розряді в продуктах реакції міститься 5-50 мол. % водню, а замість чистого кремнію - макромолекули сітчастого полімеру поліциклосілана. Склад одержуваних плівок залежить від типу розряду, його потужності, парціального тиску й витрати SiH4, температури підкладки. Загалом, вміст водню зменшується при підвищенні температури підкладки; зазвичай використовують температуру 470-650 К при робочому тиску 0,05-2,0 мм рт.ст. Легування з газової фази є найбільш ефективним способом одержання а - Si: H різного типу провідності. Однак при всіх наступних технологічних операціях при температурах вище 400 ° С відбувається втрата основних властивостей матеріалу із-за ефузії водню. Іншим способом легування а - Si: H є високочастотне іонно-плазмове розпилення кремнієвої мішені в атмосфері аргоноводневої суміші, де легування матеріалу в процесі його отримання здійснюється шляхом спільного розпилення кремнієвої мішені і розміщених на її поверхні легантів. Аморфні шари в системах Si-С, Si-Ge і Ge-Sn можна отримати тими ж методами, що і для і Si та Ge.