Fabricação e caracterização experimental de diodos túnel MOS Al/SiOxNy/Si(p) e TiN/SiOxNy/Si(p)

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Alandia, Bárbara Siano
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Corrente de fuga; Depleção profunda; Diodo túnel MOS; Diodos; MOS tunnel diodes; Nitretação térmica rápida; Oxidação; Rápid thermal nitridation; Semicondutores; Tunneling current
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-18082016-142744/

Neste trabalho foram fabricados diodos túnel MOS Al/SiOxNy/Si(p) e TiN/SiOxNy/Si(p) com áreas de 300µm x 300?m e de 700?m x 700µm. Para o crescimento do oxinitreto de silício (SiOxNy), como dielétrico de porta, foi utilizado um forno térmico junto com um aparato de quartzo para processamento de apenas uma lâmina por vez. Foi empregada uma temperatura de processamento de 850°C e fluxos de gases ultrapuros ajustados na proporção em volume de 5N2 : 1O2 (2 l/min. de N2 e 0,4 l/min. de O2). Foi constatado que a nitretação térmica rápida do silício introduz armadilhas no dielétrico de porta de duas naturezas: a) armadilhas do tipo K na interface dielétrico-silício devido à existência de ligações Si?N que podem armazenar elétron, lacuna ou ficar em um estado neutro e b) armadilhas geradas devido à quebra das cadeias Si-O-Si durante a oxinitretação. As armadilhas criadas durante a nitretação térmica rápida, tanto na interface como no corpo, influíram no mecanismo de tunelamento através do dielétrico de porta que foi predominantemente do tipo tunelamento assistido por armadilhas (TAT). A partir da característica J-V típica de diodos túnel MOS com porta de Al, verificou-se para VG =-1V que os níveis de densidade de corrente atingem 64mA/cm2, valor que é superior aos valores obtidos para óxidos de porta com espessura na faixa de 1-1,5nm na literatura apesar do nosso dielétrico apresentar espessura média de 2,1nm. Tal fato foi uma evidência clara de que um outro mecanismo diferente de tunelamento direto ocorreu no oxinitreto de silício crescido. Nos diodos túnel MOS, com porta de Al, observou-se a presença de dois picos característicos na curva C-V, o primeiro deles em tensão de porta mais negativa com uma fenomenologia que permitiu extrair a tensão de faixa plana (VG = VFB). O segundo pico na característica C-V do diodo MOS com porta de Al ocorreu em uma tensão menos negativa VG=VK= -0,78V o que foi atribuído à uma capacitância devido às armadilhas de interface Si?N localizadas dentro da banda proibida junto à interface silício-dielétrico e cerca de 0,16eV abaixo do nível de energia intrínseco do semicondutor. Para tensões de porta positivas, foi também constatada uma clara dependência da densidade de corrente com a intensidade da luz (0,05W/cm2 e 0,1W/cm2) devido à taxa de geração dentro do semicondutor. Da modelagem do tunelamento de corrente na região de depleção, verificou-se que a largura de depleção resultou sistematicamente maior do que a largura de depleção de equilíbrio, fato que permitiu concluir que o diodo túnel MOS entra em um estado de depleção profunda quase estacionária induzida pela corrente de tunelamento que atravessa o dielétrico de porta.