Физическое материаловедение

Накопление и релаксация зарядов в приборных структурах Al/Si$_3$N$_4$/SiO$_2$/$n$-Si в активном режиме

Н. И. Горбачук^a, Е. А. Ермакова^a, Н. А. Поклонский^a, С. В. Шпаковский<sup>b

a</sup> Белорусский государственный университет, 220030 Минск, Беларусь
^b ОАО "ИНТЕГРАЛ" – управляющая компания холдинга "ИНТЕГРАЛ", 220064 Минск, Беларусь

Аннотация: Исследованы две МДП-структуры (Al/Si$_3$N$_4$/$n$-Si и Al/Si$_3$N$_4$/SiO$_2$/$n$-Si), сформированные на подложках кристаллического кремния $n$-типа электрической проводимости, выращенного методом Чохральского. Кристаллографическая ориентация подложки – (100), удельное сопротивление – 4.5 $\Omega$ $\cdot$ cm. Слой нитрида кремния (Si$_3$N$_4$) сформирован методом химического осаждения из газовой фазы, содержащей смесь аммиака и моносилана, при пониженном давлении (LPCVD-метод). Слой диоксида кремния (SiO$_2$) получали термическим окислением кремния в сухом кислороде. Толщина Si$_3$N$_4$ – 70 nm, толщина SiO$_2$ – 5 nm. Зарегистрированы вольт-амперные и вольт-фарадные характеристики, исследована термостимулированная релаксация накопленного в Si$_3$N$_4$ заряда. Установлено, что структуры Al/Si$_3$N$_4$/$n$-Si при подаче на них постоянного электрического напряжения могут накапливать как положительный, так и отрицательный заряд, а структуры Al/Si$_3$N$_4$/SiO$_2$/$n$-Si – только отрицательный. Показано, что наличие слоя SiO$_2$ привело к повышению температурной стабильности накопленного в Si$_3$N$_4$ заряда за счет дополнительного энергетического барьера для электронов в структурах Al/Si$_3$N$_4$/SiO$_2$/$n$-Si. Установлено, что в интервале температур 300–500 K величина сдвига $\Delta U_{fb}$ напряжения плоских зон, вызванного релаксацией заряда, накопленного в слое Si$_3$N$_4$, не превышала 20%.

Ключевые слова: металл/диэлектрик/полупроводник-структуры, МДОП-структуры, электрический заряд, вольт-фарадные характеристики, энергонезависимая память.

Поступила в редакцию: 14.07.2025
Исправленный вариант: 17.08.2025
Принята в печать: 01.09.2025

DOI: 10.61011/JTF.2025.11.61605.179-25

Реферативные базы данных:

•