Туннелирование в микроэлектронике — страница 6

  • Просмотров 2558
  • Скачиваний 170
  • Размер файла 76
    Кб

предполагалось при теоретическом рас­чёте, вызвано ловушками в диэлектрических слоях. При соответствующем подборе высоты контакт­ного барьера, эффективной площади структуры, эффек­тивной массы электрона в диэлектрике и дру­гих параметров наблюдается количественное совпаде­ние. На рис. 2.2.2 приведена вольт-амперная ха­рактеристика туннельного тока сквозь слой А12О3 тол­щиной d=2,3 нм. Точками показаны экспериментальные

результаты, сплошной линией – расчётные. Наблюдаемые в отдельных случаях количественные расхождения в теоритических и экспериментальных результах вызваны, по-видимому, несовершенством структуры и геометрии плёнок. j, а/см2 107 1 2 103 3 10-1 10-5 10-9 1 10 100 1000 u, B Рис. 2.2.1 Расчётные вольт-амперные характеристики туннельного тока: 1 – без учёта пространственного заряда; 2 – с учётом пространственного заряда подвижных носителей; 3 – с учётом

пространственного заряда на ловушках при большой их плотности. j, а/см2 1 10-1 10-2 10-3 10-4 0,5 1 1,5 2 u, B Рис. 2.2.2 Вольт-амперная характеристика туннельного тока сквозь плёнку Al2O3. Точки – экспериментальные данные, сплошная линия – расчёт. 2.3 ТОКОПЕРЕНОС В ТОНКИХ ПЛЁНКАХ Механизм токопереноса в тонких плёнках объясняется либо надбарьерной эмиссией, либо туннелированием через вакуумный зазор, либо туннелированием через ловушки в

диэлектрической подложке. Токоперенос за счёт надбарьерной эмиссии происходит благодаря переходу электрона через уменьшенный потенциальный барьер. Уменьшение потенциального барьера происходит как результат действия сил зеркального изображения и электрического поля. Более подробно это явление я рассматривать не буду, так как оно выходит за рамки курсового проекта. Если расстояние между зёрнами плёнки лежит в пределах 1…5

нм (зерно – это область в плёнке, где структура кристаллографической решётки симметрична), то для типичного значения работы выхода от 2 до 6 эВ при температурах, не превышающих 300 К, преобладающим механизмом токопереноса будет туннелирование. При туннелировании полная энергия электрона не меняется. Поэтому, когда электрон переходит из одного зерна в другое, энергия его остаётся прежней (электрон переходит с энергетического

уровня первого зерна на энергетический уровень второго, расположенный на такой же высоте). Такой переход возможен, если в зёрнах есть свободные энергетические уровни с соответствующей энергией и, кроме того, в одном из зёрен на этих уровнях имеются электроны (рис. 2.3.1). Рис. 2.3.1 Туннелирование при отсутствии внешнего поля В отсутствие электрического поля количество электронов, переходящих из одного зерна в другое, одинаковы и