ЭФЕНДИЕВА ИЗЗЕТ МАМЕД кызы ЭЛЕКТРО-ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА И МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕНОСА КОНТАКТОВ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si, - презентация

1 ЭФЕНДИЕВА ИЗЗЕТ МАМЕД кызы ЭЛЕКТРО-ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА И МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕНОСА КОНТАКТОВ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si, Al-TiW/n-Si,AlNi/n-Si, Al-TiCu/n-Si,

2 Актуальность темы Миниатюризация полупроводниковых структур выдвигает на передний план задачи: совершенствование технологии; исследование микро- и наноструктур; внедрение их в промышленное производство. Основные тенденции развития: микроминиатюризация многофункциональное использование приборов.

3 Достижения в области физики низкоразмерных систем, развитие технологии, интерес к тонким структурам создают предпосылки для разработки новых контактов с заведомо известными качествами, проявляющимися в узком диапазоне изменения действующих факторов. Преимущества КМП 1. Большое быстродействие 2. Простота технологии 3. Способность выполнять различные функции 4. Возможность создания приборов на различных полупроводниках 5. Плотная упаковка элементов

4 EFEF EVEV EFEF ECEC qV Рис.1.2. Процессы переноса электронов в ДШ при прямом смещении C r R Рис.1.1. Эквивалентная схема контакта металл – полупроводник. i1i1 2 1 i2i2 i4i4 i3i3 Рис.1.3.Контакт металл- полупроводник при наличии поверхностных электронных состояний

5 Цель исследования Изучение электро-физических параметров, электронной структуры и механизмов переноса носителей заряда КМП с различными металлическими пленками (Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si, Ti10W90/n-Si, TiCu/n-Si, AlNi/n-Si), подразумевающее: выявление функциональных возможностей новых контактных структур; анализ физических явлений, на основе которых могут быть созданы многофункциональные приборы.

6 Задачи исследования Для достижения настоящей цели были поставлены следующие задачи: исследовать ВАХ диодов Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si, Ti10W90/n-Si, TiCu/n-Si, AlNi/n-Si в широкой области изменения температуры; исследовать диэлектрические свойства диодов Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si на основе анализа C-V и G/w-V характеристик в широкой области изменения частоты и смещения; разработать метод вычисления плотности поверхностных состояний на основе измерения ВАХ; исследовать расределение поверхностных состояний диодов Al-TiW-Pd2Si/n-Si, Ti10W90/n-Si, AlNi/n-Si в запрещенной зоне кремния;

7 исследовать влияние освещения на характеристики диодов Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si; исследовать индуктивные свойства диодов Al-TiW-PtSi/nSi и Al-TiW-Pd2Si/n-Si; исследовать зависимость ВАХ от геометрических размеров диодов с поликристаллической (TiCu/n-Si) и аморфной (AlNi/n-Si и Ti10W90/n-Si) металлическими пленками; разработать метод вычисления толщины диэлектрического зазора КМП; исследовать влияние металлической пленки на электронную структуру полупроводниковой подложки методом фотолюминесценции (ФЛ).

8 Объект исследования В качестве объекта исследования были выбраны контактные структуры на основе барьера Шоттки с различными по роду и кристаллической структуре металлическими пленками: Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si - монокристаллическая, TiCu/n-Si - поликристаллическая, AlNi/n-Si, Ti10W90/n-Si - аморфная. Научный интерес представляют : многообразие металлизации с применением одного вида кремниевой подложки n-Si(111) 14-ти диодов малых геометрических размеров, расположенных в одной матрице и полученных в едином процессе.

9 Научная новизна С применением КМП малых геометрических размеров на основе кремния, изготовленных с использованием различных металлических пленок и технологических методов, многообразия экспериментальных и теоретических методов впервые : 1.выявлены особенности электрофизических параметров, механизмов переноса тока, электронной структуры ДШ с монокристаллической - Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si, поликристаллической TiCu/n-Si и аморфной AlNi/n-Si, Ti10W90/n-Si металлизациями; предложены механизмы их возникновения; 2. определены причины появления ОДС на ВАХ ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si; значительная роль туннельного переноса тока обоснована наличием на границе раздела пятен с высокой степенью легирования; 3. зависимость диэлектрических потерь в ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n- Si от смещения и тестового сигнала, интенсивности освещения объяснена значительной ролью поверхностных состояний и электронной структуры на границе раздела М-П;

10 4.выявлены индуктивные свойства ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW- Pd 2 Si/n-Si в широком интервале изменения смещения, и тестового сигнала, интенсивности освещения. Механизм обнаруженного явления заключается в обмене электронами между поверхностными состояниями на границе раздела М-П, расположенных ниже уровня Ферми и зоной проводимости кремния; 5.предложена новая методика вычисления плотности распределения поверхностных электронных состояний на основе ВАХ. С применением этого метода к диодам с аморфной металлизацией в запрещенной зоне кремния обнаружены поверхностные состояния титана, силицида титана, вольфрама и алюминия, никеля и свободной валентности кремния соответственно в диодах Ti 10 W 90 /n-Si и AlNi/n- Si; 6.разработан оригинальный метод вычисления толщины диэлектрического зазора КМП. С применением этого метода оценена толщина диэлектрического зазора диодов TiCu/n-Si с поликристаллической металлизацией; электрически активная площадь диодов изменяется в широкой области значений; отличие фрактальной размерности периметра контактной площади от топологической можно объяснить зернистой структурой поликристаллической пленки;

11 7. в результате металлизации и последующего отжига в полупроводнике формируются продленные структуры – электрически и оптически активные центры, включения нанокристаллитов кремния, а также области разупорядоченного кремния (аморфно-нанокристаллические композиции). Появление этих дефектов объясняется особенностями кристаллической структуры металлической пленки и кремниевой подложки; 8.учет туннелирования в функции Норде обуславливает более строгий анализ и позволяет вычислить величину последовательного сопротивления и высоты барьера при туннельном переносе тока.

12 Достоверность результатов обеспечена комплексным характером исследований; достаточным количеством идентичных измерений c применением современных приборов высокой точности; хорошо апробированных экспериментальных и теоретических методик; численной обработкой на основе компьютерных программ EXEL, MATLAB; применением теоретического анализа; сравнением полученных данных с существующими теориями.

13 1. Характер неоднородности границы раздела контактов металл- полупроводник диодов (Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si, Ti10W90/n- Si, TiCu/n-Si, AlNi/n-Si) определяется составом и кристаллической структурой контактирующих металла и полупроводника; 2. Туннельный эффект в диодах Al-TiW-Pd2Si/n-Si связан с проникновением атомов платины в пустоты кремния и дополнительным легированием полупроводника в результате постобработки; 3. Возможность вычисления плотности распределения поверхностных состояний в запрещенной зоне полупроводника и их идентификации с использованием ВАХ; На защиту выносятся следующие положения:

14 4. Особенности и причина изменения электрически активной площади контакта с поликристаллической металлизацией и ее отличие от внешней площади диода; 5. Возможность вычисления эффективной толщины диэлектрического зазора контакта металл-полупроводник с поликристаллической металлизацией на основе анализа ВАХ. 6. Причины возникновения диэлектрических потерь и индуктивных свойств диодов Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si. 7. Особенности спектров фотолюминесценции диодов, их зависимость от выбора контактирующих материалов и причины их возникновения.

15 Практическая значимость определяется следующими выводами: Экспериментально изучены (I-V, C-V и G/ω-V ), и характеристики диодов Al-TiW-PtSi/n-Si, в широкой области изменения температуры. Выявлено, что при низких температурах контактная структура Al-TiW-PtSi/n-Si может быть использована в качестве туннельного диода: 1.На основе анализа экспериментальных характеристик и исследованы диэлектрические свойства контактных структур Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW- Pd2Si/n-Si в широкой области изменения температуры и тестового сигнала. Исследование параллельной проводимости диодов Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si в широкой области изменения температуры и тестового сигнала представляет интерес для использования указанных КМП в качестве аналогов индуктивности; 2. Метод вычисления распределения плотности поверхностных состояний позволяет выявить электронные состояния в запрещенной зоне полупроводника КМП;

16 3.С применением разработанного теоретического метода определения толщины диэлектрического зазора возможно определение толщины зазора из ВАХ; 4.Метод ФЛ выявил возникновение протяженных дефектов при осаждении металлической пленки на полупроводник в КМП; 5. Результаты исследования при освещении выявили возможность использования диодов в качестве светодиодов (СД); 6. Проведенные исследования диодов Шоттки малых размеров (1х10- 6см2 ÷ 14х10-6см2) создают предпосылку для изготовления многофукциональных приборов; 7. Результаты могут иметь важное значение при отработке технологических режимов получения диодов Шоттки и оценке взаимосвязи свойств материала с параметрами приборов.

17 Рис Диодная матрица диодов Al-TiW-PtSi/n-Si, Al-TiW-Pd2Si/n-Si, Al-TiW/nSi, AlNi/n-Si, Al-TiCu/n-Si.

18 Рис.1.6. Измерительная установка

19 ГЛАВА II ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ДИОДОВ ШОТТКИ Al-TiW-PtSi/n-Si Обоснование проблемы Миниатюаризации интегральных схем (уменьшение площади контакта) приводит к возрастанию роли неоднородного распределения заряда по площади. Существуют естественные флуктуации полупроводника, обусловленные дискретным характером распределения объемного заряда. Синтез новых материалов на кремнии с целью использования преимуществ традиционной кремниевой технологии. Низкое сопротивление силицидов металлов VШ группы, к которой относится платина, объясняется относительно малыми атомными расстояниями металл-кремний в этих силицидах. Структуры силицид металла - кремний имеют высокие значения электрофизических параметров Цель настоящей работы показать: Атомарно гладкие бездефектные контакты неизбежно имеют неоднородности барьера Шоттки, обусловленные дискретностью заряда легирующей примеси.

20 Формирование силицида (PtSi) на поверхности n-Si, рассогласование параметров решеток силицида и кремния и гексагональные пустоты в кристаллической решетке (111) ориентированного кремния приводят к перестройке электронных состояний полупроводника. Это же, в свою очередь, к дискретному изменению концентрации заряда в приповерхностном слое и флюктуации толщины ОПЗ.

21 Рис 2.1. ВАХ ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si (8) при различных температурах. Рис.2.2.Зависимость высоты барьера показателя идеальности диода Al-TiW-PtSi/n-Si от температуры.

22 ,

23 Рис.2.3. Зависимость (Al-TiW-PtSi/nSi, диод 8) от Рис.2.4. ВАХ при низких температурах 79К и 120К (Al-TiW-PtSi/n-Si, диод 8)

24

25 Рис.2.5. Зависимость высоты барьера ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от коэффициента идеальности при различных температурах (диод 11) Рис.2.6.Зависимость ВБ при нулевом смещении от для ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si в соответствии с распределением Гаусса = 0.85 эВ= 0.095

26 Рис.2.7. Зависимость КИ ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от 1/T в соответствии с распределением Гаусса. Рис Модифицированная зависимость Ричардсона для ДШ Al-TiW-PtSi/n - Si в соответствии с распределением Гаусса. = 0.82 эВ А*==169Acm-2K-А2

27 , А* =0.144 Acm-2K Acm-2K-2 D= 5,5x ,92, при T= K R n+- n =(6,9х ,44х10 -8 ) Омсм 2

28 Рис.2.9.Зависимость для ДШ Al-Ti PtSi/n-Si Рис ВАХ туннельного тока : I exp - экспериментальная, I th1 - ТЭ, I th2 - туннельный ток.

29 Nd = 1,5 E + 19 cm -3 S = 2,5х см 2 D=2,8х10 -7 см

30 Рис Обратные ВАХ ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si при различных температурах. Рис.2.12.Экспериментальная и теоретически вычисленные обратные ВАХ ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si: 1 – ТЭЭ, 2- силы зеркального отражения, 3 - лавинный пробой, 4 – экспериментальная, 5- усредненнная, 6 - с учетом туннелирования.

31 Рис Зависимость E o от kT/q для различных значений E 00 (17 meV, 21 meV, 27,5 meV). Рис Потенциальный барьер при дискретном распределении заряда. Ф o -V ФbФb EFEF R Si =1,17 A, R hq =2,15 A, R Pt =1,39 A, R n+ =28A

32 Рис Зависимость емкости (a) и нормированной проводимости (b) ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от напряжения смещения при различныхтемпературах (100кГц, 10 мВ). C = C1 C2/( C1+ C2)

33 Рис Зависимость емкости C(V,f) и приведенной проводимости G/w(V,f) ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от напряжения смещения при различных частотах (Т=300К, 10 мВ).

34 Рис Зависимость сопротивления контакта Al–TiW–PtSi/n-Si от напряжения смещения при различных частотах и комнатной температуре.. Рис Зависимость сопротивления контакта (R s ) структуры Al–TiW–PtSi/n-Si от частоты при различных значениях напряжения смещения и комнатной температуре.

35 Рис Частотные зависимости C(V)-f (a) и G/w(V)-f (b) характеристик Al–TiW–PtSi/n-Si структур при комнатной температуре и разных смещениях

36 Рис Зависимость диэлектрической проницаемости ( ) ДШ Al-TiW-PtSi/n- Si от смещения при различных частотах Рис Зависимость диэлектрических потерь ( ) ДШ Al- TiW-PtSi/n-Si от смещения при различных частотах

37 Рис Зависимость тангенса диэлектрических потерь ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от смещения при различных частотах. Рис Частотная зависимость ас- проводимости ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si при различных смещениях и комнатной температуре

38 Рис Частотная зависимость (a) ε, (b) ε, (с) tanδ и ac-проводимости Al-TiW-PtSi/n-Si для различных смещений при комнатной температуре

39 Рис.2.25.Частотная зависимость реальной M(a) и мнимой M (b) частей электрического модуля ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от частоты при различных смещениях и комнатной температуре.

40 ХАРАКТЕРИСТИКИ СТРУКТУРЫ Al-TiW-Pd 2 Si/n-Si, ПОЛУЧЕННЫЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ I-V, C-V, и C/ω –V ИЗМЕРЕНИЙ, В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЧАСТОТЫ Рис ВАХ ДШ Al-TiW-Pd 2 Si/n-Si при различных температурах Рис.3.2. Зависимость lnI s /AT 2 от 1000/T для Al-TiW-Pd 2 Si/n-Si

41 Рис.3.4. Зависимость от q/2kT для ДШ Al-TiW-Pd 2 Si/n-Si в соответствии с распределением Гаусса Рис.3.3. Зависимость высоты барьера ДШ Al-TiW- Pd2Si/n-Si от коэффициента идеальности при различных температурах.

42 . Рис.3.6. Модифицированная зависимость Ричардсона для ДШ Al-TiW-Pd 2 Si/n-Si Рис.3.5. Плотность состояний, определенная из ВАХ ДШ Al-TiW-Pd2Si/n-Si (диод 8)

43 Рис.3.7. Емкость C(V,f) (a),проводимость G/w(V,f) (b) и сопротивление ДШ Al-TiW-Pd 2 Si/n-Si при комнатной температуре.

44 Рис.3.8. Частотные зависимости характеристик структуры Al-TiW-Pd 2 Si/n-Si при комнатной температуре.

45 Рис.3.9. Изменение диэлектрической проницаемости от напряжения смещения структуры Al-TiW–Pd2Si/n-Si при различных частотах.

46 ,(,( Рис Частотная зависимость (a) ε,(b) ε, (c) tan Al-TiW-Pd 2 Si/n-Si при различных значениях приложенного смещения и комнатной температуре

47 Рис Частотная зависимость ас-проводимости и электрического модуля Al-TiW-Pd2Si/n-Si для различных фиксированных значений приложенного смещения при комнатной температуре.

48 Рис.4.1. ВАХ ДШ Al-TiCu/n-Si в интервале температур ( )К при прямом смещении (a - 2, b- 6, c- 9, d-10). ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНТАКТОВ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК Al-TiCu/n-Si С ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПЛЕНКОЙ

49 Рис Зависимость ВБ диодов Al-TiCu/n-Si от фактора идеальности при различных температурах (a - 1, b- 3, c- 13).

50 Рис.4.3.Модифицированная зависимость Ричардсона для Al-TiCu/n-Si структур с учетом распределения Гаусса.

51 Рис. 4.4.Зависимость ВБ при нулевом смещении от q/kT для ДШ Al-TiCu/n-Si согласно распределению Гаусса (a - 1, b- 8, c- 13).

52 T ( К ) A 3 ( см 2 )A 8 ( см 2 )A 13 ( см 2 ) ,07x ,78x ,36x ,42x ,71x ,32x ,11x ,86x10 -2 Значения электрически активной площади диодов Al-TiCu/n-Si соответственно с внешними площадями 3х10-6 см2, 8x10-6 см2 и 13x10-6 см2.

53 Рис Триада Кох

54 Рис.4.6. Ковер Серпинского

55 D=ln N/ln r(N) N- число фрагментов, r(N) – масштабный множитель. r(N)= 3; N = 8; D= 1,892789; r(N)= 5; N = 24; D= 1,974636; r(N)= 10; N = 99; D= 1,995635; r(N)= 100; N = 9999; D= 1,999978; Полученный результат может быть использован при точном проектировании приборов.

56 Определение эффективной толщины диэлектрического зазора КМП поликристаллической металлической пленкой,,,.

57 Эффективные значения толщины диэлектрического зазора для диодов Al-TiCu/n-Si с различными внешними площадями V,V d 2 (x10 -8 см) d 3 (x10 -8 см) d 6 (x10 -8 см) d 8 (x10 -8 см) d 10 (x10 -8 см) d 13 (x10 -8 см) 0,27,687,67,647,216,986,99 0,257,577,557,296,677,126,68 0,37,627,597,346,996,886,68 0,357,627,226,566,986,546,02 0,47,656,996,027,016,975,81 0,457,516,996, ,675,92 0,57,596,766,216,796,825,86

58 ИССЛЕДОВАНИЕ ДШ Al-Ti10W90/n-Si И AlNi/n-Si С АМОРФНЫМ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ СПЛАВОМ

59 Рис.5.1. ВАХ ДШ Al-Ti10W90/n-Si с аморфной металлизацией ( диоды 3, 5, 7, 11)

60 Рис.5.2. Зависимость высоты барьера от КИ для диодов Al-TiW/n-Si с различными геометрическими размерами: a) 3, b) 5, c) 7, d) 11, e) 14).

61 Рис Зависимость для ДШ Al-Ti 10 W 90 /n-Si согласно распределению Гаусса. от

62 A (10 -6 см 2) (эВ) (n=1) (В) (эВ) Значения высоты барьера и параметра отклонения

63 Вычисление плотности поверхностных состояний ; ; ; ;

64 Рис.5.4.Распределение плотности ПЭС диода Al-TiW/n-Si. TiSi эВ Ti – эВ; 0.29 – 0.33 эВ W – 0.43 эВ, 0.74эВ, 0.86эВ TiSi эВ WSi – 1.03 эВ

65 Рис.5.5. ВАХ диодов Шоттки AlNi/n-Si ( а)- 4, в) – 13).

66 Рис.5.7. Зависимость эффективного значения ВБ диодов AlNi/n-Si от напряжения смещения и геометрических размеров. Рис.5.6. Зависимость КИ диодов AlNi/n-Si (4,6,13) от напряжения смещения и геометрических размеров.

67 Рис.5.8.Зависимость высоты барьера от КИ для диодов AlNi/n-Si с различными геометрическими размерами: a) 4, b) 14.

68 Рис.5.9. Зависимость высоты барьера от q / 2kT для ДШ AlNi/n-Si согласно распределению Гаусса.

69 Рис.5.10.Распределение плотности ПЭС диода AlNi/n-Si ( 6 ) Свободные валентности кремния (M- Si) – (0.33 – 0.41) эВ; (0.54 – 0.56 ) эВ Структурные дефекты на поверхности (Aq, Cu, Ni) эВ; 0.71эВ; 0.74эВ

70 ВЛИЯНИЕ ОСВЕЩЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si Рис.6.1. ВАХ ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd 2 Si/n-Si, измеренные при комнатной температуре в темноте и при освещении (диод 8).

71 Рис.. (a ) и 6.2 ( b) характеристики ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si в темноте и при разных интенсивностях освещениия 2 мВт/см 2, 5 мВт/см 2, 8мВт/см 2, 13 мВт/см 2, 16 мВт/см 2, 20 мВт/см 2 ( f=500кГц, Т=300 К)

72 Рис.6.3.C-V ( a) и G/ w –V (b) характеристики ДШ Al-TiW-Pd 2 Si/n-Si в темноте и при разных интенсивностях освещениия 2 мВт/см 2, 5 мВт/см 2, 8мВт/см 2, 13 мВт/см 2, 16 мВт/см 2, 20 мВт/см 2 (f = 500 кГц, T = 300K

73 и Рис.6.4. С– V и G/.w-V ДШ Al-TiW-Pd 2 Si/n-Si при разных частотаx и освещенности 15 мВт/см 2.

74 Рис.6.5. Зависимость последовательного сопротивления ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si от смещения при различных интесивностях освещения и частоте тестового сигала 500 кГц.

75 Рис.7.1.Зависимость индуктивности ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от напряжения смещения и температуры (A=7E -6 cm 2, f=100kHz, V osc =10mV). Рис.7.2.Зависимость индуктивности ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от смещения и амплитуды тестового сигнала (A=7E -6 cm 2, T=300K, f=500kHz). Диоды Шоттки Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si как аналоги индуктивности.

76 Рис.7.3.Зависимость индуктивности ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от смещения и частоты (A=7E -6 см 2, T=300K, V osc = 20мВ). Рис.7.4.Зависимость индуктивности ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от смещения и температуры ( A 8 = 8x10 -6 см 2, f = 100 кГц, V osc =20 мВ).

77 Рис.7.5.Зависимость индуктивности ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si от смещения и температуры (A 11 = 11x10 -6 см 2, f= 100 кГц, V osc =10 мВ).

78 Рис.7.6. Зависимость индуктивности ДШ Al-TiW-Pd2 Si/n-Si от смещения и частоты (A=8E-6cm2, T=300K, Vosc=10mV). Рис.. Зависимость индуктивности ДШ Al-TiW-Pd2 Si/n-Si от смещения и частоты (A=6 E-6cm2, T=300K, Vosc=10mV.

79 Рис.7.8. Зависимость индуктивности ДШ Al-TiW-Pd 2 Si/n-Si от смещения и часто- ты (A=6 E -6 cm 2, T=300K, V osc =10mV) в темноте. Рис.7.9 Зависимость индуктивности ДШ Al-TiW-Pd2 Si/n-Si от смещения и частоты (A=6 E-6cm2, T=300K, Vosc=10mV) при интенсивности освещения 10 мВт/см2. Рис Зависимость индуктивности ДШ Al-TiW- Pd2Si/n-Si от смещения и частоты (A=6 E-6cm2, T=300K, Vosc=10mV), 16мВт/см2.

80 Рис.8.1. Спектр ФЛ кремниевой подложки. Изучение воздействия металлической пленки на энергетическую структуру кремния методом фотолюминесценции

81 Рис.8.1. Спектры ФЛ Al/n-Si контакта металл - полупроводник Рис.8.2.Спектры ФЛ ДШ Al-PdAl/nSi. 0.87эВ – D2; 0.98 – Al; 0.79эВ – D1; эВ – Pd, D2; ( )эВ – Al; 1.15 эВ – Si; 1.4 эВ – во всех спектрах.

82 Рис.8.3. Спектры ФЛ ДШ Al-TiW-Pd 2 Si/n-Si Рис.8.4. Спектры ФЛ ДШ Al-TiW/n-Si. (0.81 – 0.828)эВ - D1; 0.96 эВ – Si; ( ) эВ -– во всех спектрах эВ -W; 1.11 эВ – Si, эВ – D4; 1.43 эВ – Продл. дефект;

83 Уровни, характерные соответствующей металлической пленке: (0.98 эВ (Al) – Al/n-Si; 0.87 эВ (Pd), 0.97 эВ (Al) – Al-AlPd/n- Si; 0.86 эВ (W) –Al-TiW/n-Si). Продленные структуры –электрически и оптически активные центры (D1-D4 – соответственно 0.79 эВ эВ). Аморфно-нанокристаллические композиции 1.26 эВ -1.5 эВ.

84 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. Установлено, что электро-физические параметры, электронная структура и механизмы переноса диодов Шоттки малых геометрических размеров (1÷14х10-6см 2) Al-TiW-PtSi/n-Si Al-TiW-Pd2Si/n-Si с монокристаллической, Al-TiCu/n-Si поликристаллической, Al-TiW/n-Si и AlNi/n-Si аморфной металлизациями в широкой области изменения смещения, температуры и тестового сигнала определяются характером и степенью неоднородности границы раздела КМП. Неоднородность границ раздела обусловлена в диодах: Al-TiW-PtSi/n-Si- наличием пятен (10-13см2) с высокой степенью легирования (1019см-3), Al-TiW-Pd2Si/n-Si, Al-TiW/n-Si и AlNi/n-Si – поверхностными состояниями (Nss~1013эВ-1см-2), Al-TiCu/n-Si –зернистой структурой поликристаллической металлизации.

85 2. Установлено, что большой коэффициент рассогласования параметров решеток PtSi/n-Si и наличие деформированных гексагональных пустот в кристаллической решетке Si(111) приводят к проникновению атомов платины в пустоты кремния в приграничной области контакта и формированию в области пространственного заряда локальных пятен с высокой степенью легирования. Показано, что появление отрицательного сопротивления на ВАХ при температурах в области К и преобладающая роль туннельного переноса носителей в диодах Al-TiW- PtSi/n-Si обусловлены наличием высоколегированных локальных пятен. 3. Сравнением характеристик диодов, их параметров отклонения, зависимостей емкости и проводимости от смещения и частоты, отношения параметров и в 5 и 10 раз выявлено: в Al-TiW-PtSi/n-Si преобладающую роль играют объемные процессы, а в Al-TiW-Pd2Si/n-Si - поверхностные, что обусловлено параметрами рассогласования кристаллических решеток PtSi/n-Si и Pd2Si/n-Si, соответственно равных 0,12 и 0,02.

86 4.Показано, что отсутствие зависимости от обратного смещения и сильная зависимость последовательного сопротивления (G/ω) при прямом смещении обусловлены отсутствием диэлектрического зазора между металлом и полупроводником в ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si. 5. Выяснено, что зависимость диэлектрических характеристик Al-TiW- PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si от частоты (

87 7. Впервые разработан метод вычисления толщины диэлектрического зазора на основе вольт-амперных характеристик. На основе предложенного метода оценена эффективная толщина диэлектрического зазора диодов Al-TiCu/n-Si (7.65 x10-8см ÷ 5.52 x10-8см). 8.Предложен метод вычисления плотности электронных состояний на основе вольт-амперных характеристик. С применением разработанного метода выявлены дискретные уровни вольфрама, силицида титана, а также никеля, алюминия и свободной валентности кремния в запрещенной зоне кремния, соответственно, для диодов Al-Ti10W90/n-Si и Al-Ni/n-Si.

88 9. Теоретически обоснован метод вычисления индуктивности контактов металл-полупроводник. Показано, что отрицательные значения приведенной проводимости, индуктивные свойства диодов Al-TiW-PtSi/n- Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si обусловлены обменом зарядом между поверхностными электронными состояниями, расположенными ниже уровня Ферми, и зоной проводимости. Значения индуктивности диодов Al-TiW-PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si меняются в широком интервале в зависимости от температуры, частоты и геометрических размеров КМП. При определенных условиях (температура 300K; частота 100 кГц, 200 кГц; амплитуда 10мВ, 20 мВ) индуктивные свойства в диодах Al-Ti|W- PtSi/n-Si и Al-TiW-Pd2Si/n-Si не проявляются. Такое поведение показывает, что на границе раздела имеются поверхностные электронные состояния с различными временами жизни и вкладом в емкость и проводимость. Пики индуктивности при большой амплитуде (40 мВ) переменного сигнала (ДШ Al-TiW-PtSi/n-Si), малые значения индуктивности и слабая зависимость ее от смещения при частоте 10 МГц (ДШ Al-TiW-Pd2Si/n-Si ) связаны с схемными причинами.

89 10. Выявлено, что воздействие металла и технологического процесса формирования контактов металл-полупроводник диодов Шоттки Al/n-Si, Al-TiW/n-Si Al-TiW-Pd2Si/n-Si и Al-PdAl/n-Si) на энергетическую структуру полупроводника. В исследованных структурах в результате металлизации и последующего отжига в запрещенной зоне кремния, образуются уровни соответствующих металлов; дефекты, дислокации (0.79 – эВ); включения нанокристаллитов кремния в более широкозонную матрицу (1.26 эВ эВ); результаты также хорошо коррелируют с дефектной моделью и моделью стеклообразной мембраны контактов металл-полупроводник.

90 11.Полученные результаты могут в перспективе найти применение при изготовлении многофункциональных приборов: Диоды Al-TiW-PtSi/n-Si в температурной области 79 ÷ 120К могут быть использованы в качестве туннельных. Закономерность в изменениях характеристик диодов с поликристаллической металлизацией (Al-TiCu/n-Si ) создает предпосылки для разработки новых многофункциональных приборов, работающих в узком диапазоне действующих факторов. Меняя условия получения контактной структуры c аморфным металлическим сплавом и применяя метод вычисления плотности поверхностных электронных состояний, можно заранее задавать сеть поверхностных электронных состояний и управлять электрофизическими параметрами прибора. Учет фрактальной геометрии позволит осуществить точное проектирование приборов с малыми линейными размерами металлических элементов.

91 Создавая определенную структуру поверхностных электронных состояний, можно использовать диоды Шоттки в качестве аналогов индуктивности. Диоды на основе барьера Шоттки могут быть использованы как светодиоды с дислокационной люминесценцией.

92 Апробация работы Материалы диссертации докладывались на: third Baku Intern. Congr. Energy, Ecol., Economy – Scien. p, v. l.6,17p.196, Baku, September, 1995; 2.International Conference on Solar Energy and the Islamic countries (SEIC), p Iran, Tehran, 6-9 November,1995; 3.the Fourth Baku International Con-gress on Energy, Ecology, Economy. Sciencific technical periodical, volume 7, Baku, September 23-26, p ,1997; 4.Республ. науч. конф. «Актуальные проблемы физики», Баку, с ,1998; 5.2 Inter-national Non-Renewable Energy Sources Congress 2 IN- RESC, p Tehran, Iran, December,1998; 6.Респ. Конфер. «Современные проблемы прикладной физики и химии», с.34, 1999; 7.International Eco-Energy Academy, Scientific Technical Periodical, volume 10, Procee-dings of the fifth Baku International Congress Energy, Ecology, Economy, Baku, Sept.21-24, p , 1999;

93 8.International Conference on Fluid and Thermal Energy Conversion 2000/ Indonesia, Bandung,, p.41-48, 2000; 9.Rabitə və elm. Resp. Konfr. s , 2002; 10.The 23 Conference оn Solid State Science & Workshop on Physics and Appli-cation Potential of Functional Ceramic, Thin Films/ 28 Sept-2 Oct.2002,Egypt, Sharm El-Sheikh, Sinai.,p.28, 2002; 11.International Conference on Fluid and Thermal Ener-Conversion 2003/ -Indonesia, Bandung, p , 2003; 12.The 24 Conference on Solid State Physics and Materials Science, February 2004, Safaga, Red Sea, Egypt, p.22,2004; 13.Conference proceeding –Second International Conference on Technical and Physical Problems in Power Engineering, Tabriz-Iran,6- 8 September 2004, p ,2004; 14.Х1 Υoĝun Madde Fiziĝi, Ankara Toplantısı, s.34, 3 aralıik, 2004; 15.Türk Fizik Dernegi 23.Fizik Kongresi, Eylül, 2005, Muĝla- Türkiye, s.622, 2005; 16.Beүnəlxalq Konfrans Fizika-2005, 7-9 iүun 2005 (AMEA-nın 60 ill. Həsr olun.), Məqalələr toplusu, s , 2005;

94 17.Труды 5-ой Междун. научно-техн.конференции Микроэлек-троные преобразователи и приборы на их основе», МЭП, 5-8 декабря 2005г. Баку, с.93-96,2005; 18.Türk Fizik Dernegi 23.Fizik Kongresi, Eylül, 2005, Mugla-Türkiye, , 2005; 19.Conference proc./ Third Intern. Conference on Technical and Physical Problems in Power Engi-neering, 27-31may, р , 2006, Turkiye, Ankara; 20.Υoĝun madde fiziĝi, Ankara toplantısı, 3 kasım 2006, s.108; 21.6-th International Conference of the Balkan Physical Union (BPU-6) – August 22-26, 2006, Stanbul; 22.« Fizikanin muasir problemleri», 1 Resp.Konfransi, 6-8 dekabr, 2007, s ; 23.«Fizikanın müasir problemleri, 2-ci Respublika Konfr noүabr, Bakı, 2008, с.39-41; 24.Condensed Matter Physics Conference of Balkan Countries (CMPC- BC), 2008, Book of Abstracts, May 2008, Mugla, Turkey;

95 25.Труды Междун. Конфер «Научно-технич. прогресс и современная авиация», Баку, февр с ; 26.BDU-nun 90 illik yubileyine həsr olunmuş Beynəlxalq elmi Konfrans materiaları ( Təbiət elmləri), Bakı, 2009,s ; 27.Fizikanin muasir problemleri III respublika konfransı, BDU FPI, dekabr, 2009, Bakı, s

96 ПУБЛИКАЦИИ 1.Əfəndiyeva İ.M., Əsgərov Ş.Q.,Aĝaүev M.N., Qənbərzadə M.Ə.,Abdullaүeva L.K.Ti 10 W 90 –nSi Şottki barүerləri hündürlüүünün tədqiqi, Bakı Universiteti. Xəbərləri,fizika- riy aziyyat elm. ser, 1999, 1,. s Əfəndiyeva İ.M., Əsgərov Ş.Q.,Qənbərzadə M.Ə.,Həsənov M.H. (PtSi+TiW- Al)-nSi Şottki diodlarında tunn.cərəүanın.rolu. Fizika, c. 5, 2, с.8486, Эфендиева И.М. Ганбарзаде М.А.,Агаев М.Н.,Абдуллаева Л.К Обратные ВАХ диодов Шотки ( PtSi+TiW-Al)-nSi. Fizika, cild 6, 1, с.9-10, Эфендиева И.М. Роль последователь-ного сопротивления и туннелирования в диодах Шоттки. AMEA-nınXəbərləri, Fiz.-Riaz. Elm.Seri., cild 13,2, s , Эфендиева И.М., Абдуллаева Л.К.Электронные свойства границы раздела TiW-nSi. Beүn. Konfr.Fizika-2005,7-9/06/2005 (AMEA-nın 60 ill. Həsr olun.),Məqalələr toplusu, s Эфендиева И.М., Абдуллаева Л.К.,Гасанов М.Г.,Кулиева Т.З.,Алтундал Ш. Влияние флуктуаций потенциала диодов (Al-TiW+PtSi)-nSi на характер механизма переноса, Тр.5-ой Межв. н-т. Конф.Микроэл. преоб- разов.и приборы на их основе»,МЭП,5-8/12/05 Баку, с.93-96

97 7. Afandiyeva İ.M., Altındal Ş.,Abdullaүeva L.K. Correlation between barrier height b (C-V) determined from C-V and b (I-V) determined from forward bias I-V charactheristis. Türk Fizik Dernegi 23.Fizik Kongresi, Eylül, 2005, Mugla-Türkiye, Эфендиева И.М., Абдуллаева Л.К.,Шарбатов В.Х.,Алтундал Ш. Флуктуации потенциала диодов (Al-TiW+PtSi)-nSi AMEA-n Xəbərləri, Fiz.- Riaz. Elm.Seri. 2006,2, s Afandiyeva İ.M. Altındal Ş.,Abdullaүeva L.K. Research of the equivalent circuit parameters of the (AL-TiW+PtSi)-nSi Shottky diodes. Proc. Ш Int. Conf. Techn.&Phys.Prob. in Power Engin.27-31/05/2006, р ,Turkiye, Ankara. 10. Эфендиева И.М., Температурная за-висимость флуктуационных токов через КМП. Journal of Qafgaz University, 2006, number 17, p Afandiyeva İ.M. Özçelik S.,Altındal Ş.,Abdullaүeva L.K.,Askerov Sh.G. Analogue of the ind-uctance on the basis of (AlTiW+PtSi)/nSi Scottky diode. Fizika, 2007, cild XIII, No1-2, s Afandiyeva İ.M. Altındal Ş.,Guliyeva T.Z.,Sharbatov V.Kh.Rezearch of the dependence of capa-citor characteristics of (Al-TiW+PtSi) /nSi diode on the temperature Fizika, 2007, cild XIII, No1-2, s Afandiyeva İ.M. Sh.G.Askerov, L.K.Abdullayeva, Sh.S.Aslanov. The obtaining of Al-Ti10W90-Si(n) Schot-tky diodes and investigation of their interface surface state density. Solid State Elect-ronics, 51 (2007), İ.M.Əfəndiyeva, Ş.Q. Əsgərov, L.K.Abdullayeva, M.N.Aĝaүev, M.H.Həsənov Al0,8Ni0,2/nSi dio-dları aүrılma sərhə-ddinin electron xassələri Fizika, Х111,3, 2007, s

98 15.Afandiyeva İ.M. Dökme İ.,Altındal Ş.,Bülbül M.,Tataroĝlu A.Frequency and voltage effects on the dielectric pro-perties and electrical. conductivity of Al-TiW- Pd2Si/n-Si structures. Microelectronic Engineering, 85, 2008, Afandiyeva İ.M., Dökme İ.,Altındal Ş.,Askerov Sh.G, Abdullayeva L.K.The frequency and volt.dependent elec-tr.charact.ofAl-TiW- Pd2Si/n-Si truc.using I-V, C-V and G/w-V measurements. Microelectronic Engineering,85, 2008, Afandiyeva İ.M., Dökme İ. Altındal Ş.The distribution of the barrier height in Al-TiW-Pd2Si/n-Si Schottky diodes from I-V-T measurements. Semiconductor science and Technology / 23 (2008), Эфендиева И.М.,Асланов Ш.С., Годжаева Ш.М. Кулиева Т.З. Абдуллаева Л.К.Исследование диэлектрических характеристик диода Шоттки Al-TiW- PtSi/n-Si. Fizikanın müasir problemleri2-ci Resp. Konfr. Mater., noүabr, Bakı, 2008, Afandiyeva İ.M. Kural M.H., Altındal Ş.Illumination dependence of current voltage and admittance-voltage characteristics of (Al-TiW-PtSi)-n-Si Schottky diodes Journal of optoelectronics and advanced materials, vol.2, No2, 2008, p, ( Condensed Matter Physics Conference of Balkan Countries CMPC- BC Эфендиева И.М. Определение эффек-тивной толщины зазора КМП с поликристаллическим металлическим слоем. Тр.Межд.Конф.Науч.-технич. прогресс и современная авиация Баку, февр с Əfəndiyeva İ.M. L.K.Abdullayeva, Ş.M. Qocayeva, M.H.Həsənov. Al0.8Ni0.2/n-Si diodla-rında potensial cəpərin hündürlüyünün müxtə-lif üsullarla təyini. BDU 90 il. Bey. Elmi Konfr.materialları Təbi-ət elmləri), Bakı, 2009,

99 22. Əfəndiyeva İ.M. Abdullүaeva L.K. Quliүeva T.Z. Qocaүeva Ş.M., Aĝaүev M.N. Amorf xəlitəli Al0,8-Ni0,2/n-Si diodlarının emission parametrləri arasında korrelүasi-үanın tədqiqi. Fizikanın müasir pro-blemleri III Respub-lika Konfransının ma-terialları, BDU FPI, dekabr, 2009, Bakı, s İ.M.Afandiyeva. Investigation of potential barrier height of Shottky diode AlTiCu/n- Si. Fizika, XV,4, 2009, И.М.Эфендиева. Исследование электрофизичес. парамет-ров КМП Al-TiCu/n- Si с поликристалличес. металлической пленкой. AMEA-nın Xəbə-rləri, Fiz. riү. elm. seriү. XXX, 2, 2010, Əfəndiyeva İ.M. Əsgərov Ş.Q., AbdullaүevaL.K., Quliүeva T.Z, Qocaүeva Ş.M. Müxtəlif ölçülü Al-TiW/n-Si Şottki diodlari cəpər hündürlüүünün tədqiqi. Azerbaijan Journ of Phsics Fizika, vol.XVI, Number 2, s И.М.Эфендиева. Фрактальные исследо-вания границы раздела КМП Al- TiCu/n-Si. Journ.of Qafgaz University, vol.1, 29,2010,p Afandiyeva İ.M. ÜslüH., Altındal Ş, Aydemir U., Dökme İ.˙The interface states and series resistance effect on the forvard and reverse bias I-V, C-V and G/w-V charateristics of Al-TiW-Pd2Si/n-Si Schottky barrier diodes. Journal of Alloys and Compounds, 503(2010)

100 28.Afandiyeva İ.M. Üslü H.,Dökme İ, Altındal Ş, Illumination effect on I-V, C-V and G/w- V char-acteristics of Al-TiWPd2 Si/ n-Si structures at room temperature. Surface and Interface Analysis.42 (2010) Afandiyeva İ.M. The temperature, frequency and voltage dependent characteristics of Al-TiW-Pd2Si/n-Si stru-cture using I-V, C-V and G/ω-V measurem. Azerbaijan Journal of Physics. Fizika, XVI, 3-4, 2010, p Afandiyeva İ.M. Özçelik S., Abdullayeva L.K.Photoluminescence study of metal films impact on silicon energetic structure.Journ. of Qafgaz University,vol.1, N 29, 2010, p Afandiyeva İ.M. Frequency, voltage and temperature effects on the inductive properties of Al-TiW-PtSi/n-Si Schottky diodes. AMEA-nın Xəbərləri, Fiz. riү. elm. seriү. XXXI, 2, 2011, И.М.Эфендиева, Ş.Altındal*, Ш.М.Годжаева, М.Г.Гасанов. Индуктивные свойства диодов Шоттки Al-TiW-Pd2Si/n-Si. Qafqaz 2011, Journal of Qafgaz University, N 31, 2011, p Afandiyeva İ.M. M.Bülbül, Ş.Altındal, S.Bengi, Frequency dependent dielectric properties and electrical conductivity of Platinum silicide/Si contact structures with diffusion barrier Microelectronic Engineering, 93 (2012) 50– Afandiyeva İ.M. S.Demirezen, Ş.Altındal. Tepmerature dependence of forvard and reverse bias current-voltage characteristics in Al-TiW-PtSi/n-Si Schottky barrier diodes with amorphous diffusion barriers. J.Alloys and Compaunds,2013,552,

101 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !!!