УДК 621.315.592
КАСИМОВА Ф.Ф., ИСМАЙЛОВА С.А.
РЕЛАКСАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ НА
ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА Si-SiO2 ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ
ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Азербайджанское Национальное Аэрокосмическое Агентство, 370106, Баку, пр.Азадлыг, 159,
тел.: (99412) 613332
Структура диэлектрик-полупроводник является основной частью планарных
полупроводниковых приборов, от состояния которой зависят многие их параметры.
В целом на свойства границы Si-SiO2 сильное влияние оказывают
механические напряжения, возникающие в ней при механической обработке,
выращивании окисла и при проведении различных диффузионных процессов
вследствие различия термических коэффициентов.
Наличие механических напряжений приводит к тому, что атомы вещества
находятся в неравновесном состоянии, зафиксированном охлаждением структуры
диэлектрик-полупроводник после ее изготовления, а валентные связи являются
напряженными. При воздействии излучений атомы ионизируются и образуются
дефекты, что создает условия для перехода структуры в равновесное состояние [1].
Процесс перехода из неравновесного состояния в равновесное под действием
облучения проявляется в уменьшении механических напряжений в структуре
диэлектрик-полупроводник, т.е. в действии тензорадиационного эффекта [2].
При -облучении структура Si-SiO2 наблюдалось монотонное уменьшение
механических напряжений. После низкотемпературного отжига величина
механических напряжения уменьшалась до значения 1,23103Н/см2. Дальнейшее
облучение -лучами приводило к полной релаксации механических напряжений.
Наблюдавшееся явление релаксации механических напряжений под
действием -излучений можно качественно объяснить на основании модели Гвина
[3]. При ионизации образуются дырки, часть которых захватывается на уровни
напряженных валентных связей. Захват дырок (уход валентного электрона)
вызывает разрыв валентной связи и смещение атома из локального в абсолютный

минимум свободной энергии. Так как остальные валентные связи сохраняются, то
образуется специфический дефект в виде микротрещины.
Моделирование влияния -радиации на механические напряжения
проводилось путем создания анизотропного давления на планарные n-p-n-структуры
с управляющим затвором, по методике, описанной в [4]. С этой целью над
переходом база-коллектор создавалась МОП-структура, к затвору которой с
помощью стальной иглы диаметром 40мкм прикладывалось локальное давление с
нагрузкой 100г.
Результаты влияния механического напряжения на зависимость тока базы IB
от напряжения на затворе UG при заданном значении UBE показано на рис.1. В этих
измерениях изменения пикового значения тока отражают изменения поверхностной
составляющей базового тока IBS.
Рис.1.
Зависимость тока базы от напряжения на затворе при различных
значениях приложенного давления
Анализ энергетической зонной структуры границы раздела Si-SiO2 под
влиянием давления показал, что величина сдвига U ВФХ МОП-структуры по оси
смещения определяется выражением:
-1
2
U = E
(1)
F + m - C
U
C
C
0



-
dC
2



0
C
C
V
V
0
0



При увеличении давления емкость МОП-структуры растет как в области
окисла, так и в инверсионной области, заряд поверхностных состояний на границе
Si-SiO2 растет с увеличением давления (рис.2.) При воздействии излучений на
диэлектрик в нем образуются электронно-дырочные пары. Часть носителей заряда

рекомбинируют друг с другом, а остальные перемещаются по диэлектрической
пленке. В SiO2 подвижность дырок во много раз меньше, чем электронов.
Вследствие этого электроны быстро покидают окисел, а дырки, избежавшие
рекомбинации, захватываются на ловушечные центры в диэлектрике.
Рис.2
C-V характеристики МОП-структуры по влиянием давления
Таким образом, в диэлектрике накапливается положительный заряд. Это
является причиной увеличения емкости МОП-структуры и горизонтального сдвига
C-V-характеристики под влиянием -облучения.
Методом стравливания показано, что заряд накапливается вблизи границы
диэлектрика с полупроводником и спадает по экспоненциальному закону при
продвижении вглубь диэлектрика.
1. Барышников Д.А., Жукова Г.А., Мордкович В.Н. Радиационные эффекты в
механически напряженной системе Si-SiO2. -Электронная техника, Сер.2,
Полупроводниковые приборы, 1981, 5(148), с.19-23.
2. Линник Л.Н., Патрикеев Л.Н., Попов В.Д. Тензорадиационный эффект в
полупроводниковых структурах. -Известия вузов, Сер. Радиотехника, 1982,
т.XXV, 5, с.90-92.
3. Cwyn C.W. Model for radiation-induced charge trapping and annealing in the oxide
layer of MOS devices. -J.Appl.Phys., 1969, v.40, 12, p.4886-4892.
4. Касимова Ф.Ф., Джавадов Н.Г., Исмайлов Н.М. Влияние механических
напряжений на свойства границы раздела Si-SiO2. -Труды 6-й международной
НТК Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники,
Таганрог, 1999, с.126.