Determination of constants and construction of field dependences of parameters of metal-oxide-semiconductor structures with ultrathin layers of silicon oxide based on their experimental high-frequency voltage-capacitance-characteristics

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

An algorithm has been developed for determining from experimental field dependences the high–frequency impedance of silicon structures with an ultrathin (less than 5 nm) SiO2 layer of the insulating gap capacity and concentration of dopant directly at the Si-SiO2 interface. Relations allowing to estimate marginal errors of the developed approach are obtained. The proposed method is applied to experimental characteristics of the metal–oxide–semiconductor structure with a thickness of SiO2 4.2 nm. It is shown that the developed algorithm has sufficiently high accuracy and accessibility for use in processing high-frequency measurement data.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. A. Belorusov

Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences

Email: gvc@ms.ire.rssi.ru

Fryazino branch

Russian Federation, Vvedensky sq. 1, Fryazino, Moscow region, 141190

E. I. Goldman

Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences

Email: gvc@ms.ire.rssi.ru

Fryazino branch

Russian Federation, Vvedensky sq. 1, Fryazino, Moscow region, 141190

G. V. Chucheva

Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: gvc@ms.ire.rssi.ru

Fryazino branch

Russian Federation, Vvedensky sq. 1, Fryazino, Moscow region, 141190

I. A. Shusharin

Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian Academy of Sciences

Email: gvc@ms.ire.rssi.ru

Fryazino branch

Russian Federation, Vvedensky sq. 1, Fryazino, Moscow region, 141190

References

  1. Zwanenburg F.A., Dzurak A.S., Morello A. et al. // Rev. Mod. Phys. 2013. V. 85. № 3. P. 961. doi: 10.1103/RevModPhys.85.961.
  2. Черняев М.В., Горохов С.А., Патюков С.И., Резванов А.А. // Электрон. техника. Сер. 3. Микроэлектроника. 2022. № 3. С. 31. doi: 10.7868/S2410993222030058.
  3. Muller D.A., Sorsch T., Moccio S. et al. // Nature. 1999. V. 399. № 6738. P. 758. doi: 10.1038/21602.
  4. Sze S.M., Kwok K. Ng. Physics of Semiconductor Devices. 3rd ed. N.Y.: John Willey @ Sons, 2007.
  5. Nicollian E.H., Brews I.R. MOS (Metal Oxide Semiconductor) Physics and Technology. N.Y.: John Willey @ Sons, 1982.
  6. Гольдман Е.И., Кухарская Н.Ф., Левашов С.А., Чучева Г.В. // ФТП. 2019. Т. 53. № 1. С. 46. doi: 10.21883/FTP.2019.01.46985.8802.
  7. Бонч-Бруевич В.Л., Звягин И.П., Кайпер Р. и др. Электронная теория неупорядоченных полупроводников. М.: Наука, 1981. С. 22.
  8. Шкловский Б.И., Эфрос А.Л. Физика полупроводников и полупроводниковых приборов. Электронные свойства легированных полупроводников. М.: Наука, 1979. С. 316.
  9. Барабан А.П., Булавинов В.В., Коноров П.П. Электроника слоев на кремнии. Л.: Изд-во ЛГУ, 1988.
  10. Lonnum L.F., Johannessen J.S. // Electron. Lett. 1986. V. 22. № 9. P. 456. doi: 10.1049/el:19860310
  11. Kevin J.Y., Chenming H. // IEEE Trans. 1999. V. ED-46. № 7. P. 1500. doi: 10.1109/16.772500

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. High-frequency capacitance-voltage characteristics and resistance of the silicon substrate: capacitance curves 1 - 1 MHz, 2 - 0.5 MHz, 3 - . The inset shows the dependence of the substrate resistance on the field voltage, calculated using formula (13).

Download (71KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the dimensionless bending of bands in a semiconductor on the field voltage.

Download (43KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the total concentration of the built-in charge, charges of electron traps and minority charge carriers on the Si−SiO2 contact on the field voltage. The inset shows the Vg window, where the characteristic is closest to the ideal; curve 1 is the derivative of psq with respect to voltage, curve 2 is the derivative of ns with respect to voltage.

Download (70KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the functional Ω on Cиз and near the minimum point: (solid line), (dots), (asterisks). The variable is the deviation of the capacities Cиз and from the values ​​at the minimum of the functional Ω.

Download (84KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».