УДК621.315.592
КАСИМОВ Ф.Д., АЛЕСКЕРОВ Э.М.

ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПЛЕНКИ
ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ НА ОСНОВЕ ЭЛЕМЕН-
ТОВ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Азербайджанское Национальное Аэрокосмическое Агентство
AZ1106, Баку, пр. Азадлыг, 159, e-mail: ssddb@azerin.com

В последние годы значительное развитие получила микроэлек-
тронная негатроника [1], являющаяся третьим поколением приборов ново-
го направления функциональной электроники - негатроники [2]. Как из-
вестно, негатронные элементы и схемы обладают отрицательным сопро-
тивлением (ОС) и являются приборами, обладающими способностью пре-
образовывать энергию постоянного поля в энергию переменного поля,
необходимым условием чего является наличие положительной обратной
связи. Если это достигается вне физической структуры элемента, то такой
прибор называется аналогом негатрона, примером которого служат схемы,
обладающие ОС.
Преимущество последнего поколения негатронных элементов на
основе микроэлектронной технологии заключается в том, что эффект нега-
тронного преобразования энергии поля происходит внутри самого элемен-
та, а не за счет схемных решений, что упрощает построение на их основе
микроэлектронных автогенераторных частотных сенсоров различных фи-
зических величин [3]. Причем, если вопросы построения R -негатронов
изучены достаточно подробно, то физические механизмы, лежащие в ос-
нове работы L - негатронов исследованы мало, несмотря на то, что их ис-
пользование дает возможность увеличивать в десятки раз чувствитель-
ность индуктивных и емкостных сенсоров [4].
Наиболее перспективным материалом для микроэлектронных не-
гатронов являются локальные пленки поликристаллического кремния
(ППК), выращенные в процессе роста эпитаксиального монокристалличе-
ского кремния по технологии, описанной в [5]. ППК могут служить в каче-
стве элементов чувствительных к различного рода параметрам окружаю-
щей среды, а в областях монокристалического кремния можно формиро-
вать элементы негатронных интегральных схем обработки и преобразова-
ния сигналов в частотную форму для передачи их на расстояние [6]. В свя-
зи с этим в данной работе проведен анализ физической модели ППК на
основе представления ее в виде элементов с сосредоточенными парамет-
рами, что позволило определить условия проявления активных и реактив-


2
ных свойств в зависимости от частоты и приложенного электрического
смещения.
Синтез эквивалентных схем проводится следующим образом.
Сначала на основе данных о реактивной и активной составляющих полно-
го импеданса были построены экспериментальные кривые его зависимости
от частоты Z() как при положительном, так и при отрицательном значе-
ниях емкостей. На следующем этапе определялись возможные конфигура-
ции пассивных двухполюсников и соответствующие им выражения для
полного импеданса. Затем проводилось сглаживание экспериментальных
динамических характеристик полученными теоретическими зависимостя-
ми с целью выявления кривой Z(), максимально совпадающей с экспери-
ментальной.
При синтезе эквивалентной схемы ППК использовалась следую-
щая физическая модель: пленка представляет собой цепочку зерен с оми-
ческой проводимостью, разделенных диэлектрическими межзеренными
промежутками. На границах зерен существуют глубокие ловушки акцеп-
торного типа, которые при захвате носителей из объема пленки образуют
потенциальные барьеры. После электроформовки ППК становится элек-
трически асимметричной и может находиться либо в высокоомном, либо в
низкоомном состояниях. В зависимости от соотношения частоты прило-
женного электрического напряжения и скорости перезарядки глубоких
ловушек может реализовываться емкостной или индуктивный характер
проводимости [7].
Исходя из этого, считалось, что элементы эквивалентных схем со-
ответствуют активному сопротивлению зерна R, емкости области про-
странственного заряда С1, емкости межзеренного промежутка С2 и индук-
тивности, обусловленной перезарядкой глубоких ловушек L.
Были получены возможные представления эквивалентной схемы
ППК в различных режимах работы, в частности, при прямом и обратном
смещениях на электроформованных ППК, при малых и больших уровнях
инжекции, в широком диапазоне частот, при высокоомном и низкоомном
состояниях пленок.
В высокоомном состоянии при обратном смещении наилучшее
совпадение с экспериментом имела расчетная кривая, соответствующая
рис.1. При прямом смещении - та же самая схема, в которой C1=q-1,
отображающая факт зависимости барьерной емкости на границе зерна от
частоты.
При напряжениях смещения, близких к пороговым, повышается
уровень инжекции носителей, возрастает частота перезарядки глубоких
ловушек и реализуется условие 1/>, при котором ловушки успевают пе-
резаряжаться за период переменного сигнала. Реактивное сопротивление


3
емкости Rc=1/C резко возрастает и основную роль в токопереносе начи-
нает играть индуктивная составляющая реактивной проводимости, что
соответствует схеме, показанной на рис.2. Физический механизм возник-
новения индуктивности обусловлен отставанием тока от напряжения по
фазе из-за релаксационных процессов, протекающих в барьерных слоях на
границах зерен.


L


R C

1 C2
R



C

1 C2


Рис.1
Рис.2

1. Касимов Ф.Д. Микроэлектронная негатроника - новое направление
функциональной электроники. - Микросистемная техника (Москва),
2003, N4, с.6-9.
2. Серьезнов А.Н., Степанова Л.Н., Гаряинов С.А., Гагин С.В., Негоден-
ко О.Н., Филинюк Н.А., Касимов Ф.Д. Негатроника. - Новосибирск:
Наука, Сиб. отд. РАН, 1995. -315с.
3. Негоденко О.Н., Мардамшин Ю.П. Микроэлектронные датчики с час-
тотным выходом на основе аналогов негатронов. - Технология и конст-
руирование в электронной аппаратуре, 2000, N5-6, с.19-22.
4. Филинюк Н.А., Лазарев А.А. Частотные негасенсоры на L - негатронах.
- Труды 4-й МНТК "Микроэлектронные преобразователи и приборы на
их основе", Баку - Сумгаит, 2003, с.88-90.
5. Аbdullayev A.G., Kasimov F.D, Mamikonova V.M. The simultaneous
growth of mono-and polycrystalline silicon films. - Thin solid Films, 1984,
v.115, N3, p.237-243.
6. Касимов Ф.Д. Микронегатронные преобразователи физических величин.
- Ученые Записки Национальной Академии Авиации Азербайджана,
2004, N1, с.30-34.
7. Kasimov F.D. Inductivity phenomena in local polycrystalline silicon films. -
Thin solid Films, 1986, v.138, N1, p.43-47.


4


Document Outline