The Experimental Study of the Cerium Dioxide Silicon Interface of MIS Structures

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorKorolevych, L. M.
dc.contributor.authorBorisov, A. V.
dc.contributor.authorVoronko, A. O.
dc.date.accessioned2023-05-25T10:56:50Z
dc.date.available2023-05-25T10:56:50Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractThe article is devoted to the actual task of studying a dielectric, which is an alternative to silicon dioxide in metal-insulator-semiconductor (MIS) structures. In metal-silicon dioxide-silicon structures, upon going to nanosize, the thickness of the dielectric film decreases so much that it becomes tunnel-transparent and its breakdown voltage decreases. These phenomena can be eliminated by replacing silicon dioxide with a dielectric with a higher dielectric constant. These dielectrics primarily include oxides of transition and rareearth metals. The parameters and characteristics of the MIS structure are determined by various factors, but the properties of the dielectric and the dielectric-semiconductor interface play a special role. In previous works of the authors, it was theoretically proved that cerium dioxide from a number of candidate dielectrics should have the best quality of the interface with silicon. This work is devoted to a study aimed at determining the flat-band voltage and capacitance of MIS structures and at assessing the quality of the cerium dioxidesilicon interface. The study is carried out by the method of capacitance-voltage characteristics. For this, the high-frequency capacitance-voltage characteristics of the aluminum – cerium dioxide – silicon structures were measured at different temperatures. The capacity of the space charge region (SCR) in the enrichment and weak inversion modes of the near-surface layer of a semiconductoris considered. It is shown that the dependence of this capacitance in the (–2) degree on the voltage at the metal electrode c−s2(VG) is linear. The intersection of this line with the abscissa axis makes it possible to determine the flat-band voltage. The slope tangent of this linear dependence makes it possible to determine the energy density of the charge at the dielectric–semiconductor interface. It is shown that the charge density at the cerium dioxide – silicon interface corresponds to the minimum values of the charge density at the silicon dioxide – silicon interface. The absence of a shift in the capacitance-voltage characteristics of the structures under study with a change in temperature indicates the stability of the charge at the cerium dioxide - silicon interface.uk
dc.description.abstractotherРобота присвячена актуальнiй задачi дослiдження дiелектрика альтернативного дiоксиду кремнiю в структурах метал-дiелектрик-напiвпровiдник (МДН). У структурах метал-дiоксид кремнiю-кремнiй, при переходi до нанорозмiрiв, товщина дiелектричної плiвки зменшується настiльки, що стає тунельно-прозорою i знижується її напруга пробою. Виключити цi явища можна замiною дiоксиду кремнiю дiелектриком з бiльш високою дiелектричною проникнiстю. До таких дiелектрикiв в першу чергу вiдносяться оксиди перехiдних i рiдкоземельних металiв. Параметри i характеристики МДН структури визначаються рiзними факторами, але особливу роль вiдiграють властивостi дiелектрика i межi дiелектрик-напiвпровiдник. У попереднiх роботах авторiв теоретично доведено, що дiоксид церiю з ряду дiелектрикiв-претендентiв повинен мати найкращу якiсть межi роздiлу з кремнiєм. Дана робота присвячена дослiдженню спрямованому на визначення напруги i ємностi плоских зон МДН структур та на оцiнку якостi межi роздiлу дiоксид церiю – кремнiй. Дослiдження проводиться методом вольт-фарадних характеристик. Для цього були вимiрянi високочастотнi вольт-фараднi характеристики структур алюмiнiй – дiоксид церiю – кремнiй за рiзних температур. Розглянуто ємнiсть областi просторового заряду (ОПЗ) в режимi збагачення i слабкої iнверсiї приповерхневого шару напiвпровiдника. Показано, залежнiсть цiєї ємностi в (–2) ступеня вiд напруги на металевому електродi c−s2(VG) має лiнiйний характер. Перетин цiєї лiнiї з вiссю абсцис дає можливiсть визначити напругу плоских зон, а тангенс кута її нахилу – енергетичну щiльнiсть заряду на межi подiлу дiелектрик-напiвпровiдник. Показано, що щiльнiсть заряду на межi дiоксид церiю – кремнiй вiдповiдає мiнiмальним значенням щiльностi заряду на межi дiоксид кремнiю – кремнiй. Вiдсутнiсть зсуву вольт-фарадних характеристик дослiджуваних структур при змiнi температури свiдчить про стабiльнiсть заряду на кордонi дiоксид церiю – кремнiй.uk
dc.description.abstractotherРабота посвящена актуальной задаче исследования диэлектрика альтернативного диоксиду кремния в структурах метал-диэлектрик-полупроводник (МДП). В структурах метал-диоксид кремния-кремний, при переходе к наноразмерам, толщина диэлектрической пленки уменьшается настолько, что становится туннельнопрозрачной и снижается ее напряжение пробоя. Исключить эти явления можно заменой диоксида кремния диэлектриком с более высокой диэлектрической проницаемостью. К таким диэлектрикам в первую очередь относятся окислы переходных и редкоземельных металлов. Параметры и характеристики МДП структуры определяются различными факторами, но особую роль играют свойства диэлектрика и границы раздела диэлектрик-полупроводник. В предыдущих работах авторов теоретически доказано, что диоксид церия из ряда диэлектриков-претендентов должен иметь наилучшее качество границы раздела с кремнием. Эта работа посвящена исследованию направленному на определение напряжения и емкости плоских зон МДП структур и на оценку качества границы раздела диоксид церия – кремний. Исследование проводится методом вольт-фарадных характеристик (ВФХ). Для этого были измерены высокочастотные вольт-фарадные характеристики структур алюминий – диоксид церия – кремний при разных температурах. Рассмотрено емкость области пространственного заряда (ОПЗ) в режиме обогащения и слабой инверсии приповерхностного слоя полупроводника. Показано, что зависимость этой емкости в (–2) степени от напряжения на металлическом электроде c−s2(VG) имеет линейный характер. Пересечение этой линии с осью абсцисс дает возможность определить напряжение плоских зон, а тангенс угла ее наклона – энергетическую плотность заряда на границе раздела диэлектрик-полупроводник. Показано, что плотность заряда на границе диоксид церия – кремний соответствует минимальным значениям плотности заряда на границе диоксид кремния – кремний. Отсутствие сдвига ВФХ исследуемых структур при изменении температуры свидетельствует о стабильности заряда на границе диоксид церия – кремний.uk
dc.format.pagerangePp. 69-74uk
dc.identifier.citationKorolevych, L. M. The Experimental Study of the Cerium Dioxide Silicon Interface of MIS Structures / Korolevych L. M., Borisov A. V., Voronko A. O. // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць. – 2021. – Вип. 85. – С. 69-74. – Бібліогр.: 17 назв.uk
dc.identifier.orcid0000-0002-4006-280Xuk
dc.identifier.orcid0000-0003-4553-3591uk
dc.identifier.orcid0000-0003-2899-963Xuk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/56109
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.relation.ispartofВісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 85uk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectMIS structureuk
dc.subjectcerium dioxideuk
dc.subjectcapacitance-voltage characteristic (CV characteristic)uk
dc.subjectflat-band voltageuk
dc.subjectcharge density at the dielectric-semiconductor interfaceuk
dc.subjectМДН структураuk
dc.subjectдiоксид церiюuk
dc.subjectвольт-фарадна характеристика (ВФХ)uk
dc.subjectнапруга плоских зонuk
dc.subjectщiльнiсть заряду на межi подiлу дiелектрикнапiвпровiдникuk
dc.subjectМДП структураuk
dc.subjectдиоксид церияuk
dc.subjectвольт-фарадная характеристика (ВФХ)uk
dc.subjectнапряжение плоских зонuk
dc.subjectплотность заряда на границе раздела диэлектрик-полупроводникuk
dc.subject.udc621.382uk
dc.titleThe Experimental Study of the Cerium Dioxide Silicon Interface of MIS Structuresuk
dc.title.alternativeЕкспериментальне дослiдження межi роздiлу дiоксид церiю – кремнiй МДН структурuk
dc.title.alternativeЭкспериментальное исследование границы раздела диоксид церия – кремний МДП структурuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
1722-4751-1-10-20210630.pdf
Розмір:
537.74 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.1 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 85