Импеданс индуктивного типа барьерных структур Mo/n-Si, облучённых альфа-частицами

В кремниевой микроэлектронике для создания интегральной индуктивности формируют плоские металлические спирали. Однако максимальная удельная индуктивность таких спиралей на низких частотах ограничена значением порядка десятков микрогенри на квадратный сантиметр. Используются также гираторы – устройства на основе операционных усилителей, примерно с такой же удельной индуктивностью, как и спирали. Несмотря на то, что такие решения внедрены в производство интегральных микросхем, актуальной является задача поиска новых элементов с большими значениями удельной индуктивности. Альтернативой спиралям и гираторам может стать эффект отрицательной дифференциальной ёмкости (т. е. импеданса индуктивного типа), наблюдаемый в барьерных структурах на кремнии.

Цель работы – исследование низкочастотного импеданса диодов Шоттки (Mo/n-Si), содержащих радиационные дефекты, создаваемые α-частицами, и определение параметров этих дефектов методами низкочастотной импедансной спектроскопии и спектроскопии DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy).

Исследованы бескорпусные диоды Шоттки 5.5КЭФ-1 (Mo/n-Si) производства ОАО «Интеграл». Измерения индуктивности проводились на исходных диодах и на диодах, облучённых альфа-частицами (максимальная кинетическая энергия α-частицы 5.147 МэВ). В интервале частот переменного тока от 20 Гц до 2 МГц измерен импеданс индуктивного типа диодов при постоянном прямом токе 10 мкА. Для определения параметров радиационных дефектов измерялись спектры DLTS. Показано, что при облучении диодов Шоттки альфа-частицами образуется три типа радиационных дефектов: A-центры с энергией термической активации E1 ≈ 190 мэВ, дивакансии с энергиями активации E2 ≈ 230 мэВ и E3 ≈ 410 мэВ и E-центры с энергией активации E4 ≈ 440 мэВ, отсчитанные от дна c-зоны кремния.

1. Zhigal’skii A.A. Proektirovanie i konstruirovanie mikroskhem [Design and construction of microcircuits]. Tomsk, TUSUR Publ., 2007, 195 p.

2. Svirid V.L. Proektirovanie analogovykh mikroelektronnykh ustroistv [Design of analog microelectronic devices]. Minsk, BSUIR Publ., 2013, 296 p.

3. Classic circuits. Electronics (50 Years Special Commemorative Issue), 1980, vol. 50, no. 9, pp. 436–442.

4. Penin N.A. Negative capacitance in semiconductor structures. Semiconductors, 1996, vol. 30, no. 4, pp. 340–343.

5. Poklonski N.A., Shpakovski S.V., Gorbachuk N.I., Lastovskii S.B. Negative capacitance (impedance of the inductive type) of silicon p+–n junctions irradiated with fast electrons. Semiconductors, 2006, vol. 40, no. 7, pp. 803–807. DOI: 10.1134/S1063782606070128

6. Gorbachuk N.I., Poklonski N.A., Marochkina Ya.N., Shpakovski S.V. Effect of hole extraction from the base region of a silicon p–n–p transistor on its reactive impedance. Devices and Methods of Measurements, 2019, vol. 10, no. 4, pp. 322–330 (in Russian). DOI: 10.21122/2220-9506-2019-10-4-322-330

7. Bochkareva N.I., Voronenkov V.V., Gorbunov R.I., Virko M.V., Kogotkov V.S., Leonidov A.A., VorontsovVelyaminov P.N., Sheremet I.A., Shreter Yu.G. Hopping conductivity and dielectric relaxation in Schottky barriers on GaN. Semiconductors, 2017, vol. 51, no. 9, pp. 1186– 1193. DOI: 10.1134/S1063782617090068

8. Poklonski N.A., Gorbachuk N.I., Lapchuk N.M. Fizika elektricheskogo kontakta metall/poluprovodnik [Physics of electrical contact metal/semiconductor]. Minsk, BSU Publ., 2003, 52 p.

9. Poklonski N.A., Gorbachuk N.I., Shpakovski S.V., Lastovskii S.B., Wieck A. Equivalent circuit of silicon diodes subjected to high-fluence electron irradiation. Technical Physics, 2010, vol. 55, no. 10, pp. 1463–1471. DOI: 10.1134/S1063784210100117

10. Tooley M. Electronic Circuits: Fundamentals and Applications. London, Routledge, 2020, xii+510 p. DOI: 10.1201/9780367822651

11. Poklonski N.A., Gorbachuk N.I. Osnovy impedansnoi spektroskopii kompozitov [Fundamentals of impedance spectroscopy of composites]. Minsk, BSU Publ., 2005, 130 p.

12. Ng K.K. Complete Guide to Semiconductor Devices. New York, Wiley-IEEE Press, 2002, xxiv+740 p.

13. Lang D.V. Deep-level transient spectroscopy: A new method to characterize traps in semiconductors. J. Appl. Phys., 1974, vol. 45, no. 7, pp. 3023–3032. DOI: 10.1063/1.1663719

14. Vavilov V.S., Kekelidze N.P., Smirnov L.S. Deistvie izluchenii na poluprovodniki [Effect of radiation on semiconductors]. Moscow, Nauka Publ., 1988, 192 p.

15. Bourgoin J., Lannoo M. Point Defects in Semiconductors II. Experimental Aspects. Berlin, Springer, 1983, xvi+295 p. DOI: 10.1007/978-3-642-81832-5

16. Dedovich H.H., Kuzminykh V.A., Lazarchik A.N., Lomako V.M., Pranovich V.I., Romanov A.F. [Digital capacitance spectrometer CE-6]. Materials and Structures of Modern Electronics: Proc. of III Int. Sci. Conf., Minsk, 25–26 Sep., 2008, ed. V.B. Odzhaev (ed.-in-chief) et al., Minsk, BSU Publ., 2008., pp. 16–19 (in Russian).

17. Kozlov V.A., Kozlovskii V.V. Doping of semiconductors using radiation defects produced by irradiation with protons and alpha particles. Semiconductors, 2001, vol. 35, no. 7, pp. 735–761 DOI: 10.1134/1.1385708