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Sodium migration through electron-gun evaporated Al2O3 and double layer Al2O3SiO2 structures

1970; Elsevier BV; Volume: 13; Issue: 5 Linguagem: Inglês

10.1016/0038-1101(70)90137-1

1879-2405

R.A. Abbott, T. I. Kamins,

Silicon Nanostructures and Photoluminescence

Sodium migration through electron-gun evaporated Al2O3 and through double-layer Al2 O3SiO2 structures has been investigated. Electron-gun evaporated Al2O3 does not require high-temperature processing and is, consequently, compatible with low-temperature and thin-film techniques. For evaluation, the Al2O3 films were deposited on silicon or on thermal SiO2 grown on silicon. Annealing at 320°C removed the radiation damage in the thermally grown SiO2. Sodium-contaminated devices have been investigated by means of standard bias-temperature tests, in which the parallel shift of C-V curves is observed. It was found that sodium is more soluble in this Al2O3 than in thermal SiO2 and drifts through the Al2O3 only slightly slower than it drifts through thermal SiO2. The drift behavior is similar in the two cases: An asymmetrical response is observed in the forward and reverse directions, and the time constants decrease exponentially with applied field. The double-oxide Al2O3SiO2 structure may be used to advantage since the field in the Al2O3 will be lower than the average field in the oxide combination, resulting in slower sodium drift. Furthermore, the sodium will drift readily only to the Al2O3-SiO2 interface and must overcome a substantial barrier before penetrating into the underlying SiO2. Le mouvement du sodium à travers le Al2O3 évaporé dans un canon à électrons et à travers les structures à deux couches Al2O3SiO2 a été examiné. Le Al2O3 évaporé dans un canon àélectrons n'a pas besoin de traitement à haute température et en conséquence est compatible aux techniques de températures basses et de pellicules fines. Pour l'évaluation les pellicules Al2O3 ont été déposées sur le silicium ou sur le SiO2 thermique développé sur le silicium. La recuite à 320°C a éliminé les dommages de la radiation dans le SiO2 dévelloppé thermiquement. Les dispositifs de sodium contaminés ont été examinés par des tests de polarisation standard à température ajustée dans lesquels le déplacement parallèle des courbes C-V est observé. On a trouvé que le sodium est plus soluble dans ce Al2O3 que dans le SiO2 thermique et que ses déplacements à traverse le Al2O3 étaient légèrement plus lents que ceux à travers le SiO2 thermique. Le comportement d'apport est similaire dans les deux cas. Une réponse asymétrique est observée dans les directions directes et inverses et les constantes de temps diminuent exponentiellement avec le champ appliqué. La structure à oxyde double Al2O3SiO2 peut être employée avantageusement puisque le champ dans le Al2O3 sera inférieur au champ moyen dans la combinaison d'oxyde résultant en un apport de sodium plus lent. En plus le sodium aura seulement un apport direct à l'interface Al2O3-SiO2 et devra surmonter une grande barrière avant de pénétrer dans le SiO2 du dessous. Das Wandern von Natrium durch Al2O3-Schichten die mit einer Elektronenstrahl-Kanone aufgedampft waren, und durch Al2O3SiO2 Doppelschichten, wurde untersucht. Das auf diese Weise aufgebrachte Al2O3 muss keinem Hochtemperaturprozess ausgesetzt werden und ist daher kompatibel mit Tieftemperatur- und Dünnfilmtechniken. Für die Beurteilung wurden Al2O3-Filme entweder auf Silizium oder auf thermisch auf Silizium gewachsenen SiO2-Schichten hergestellt. Eine Temperung bei 320°C beseitigte die Bestrahlungsschäden im thermisch gewachsenen SiO2. Mit Natrium verseuchte Proben wurden einem Standart-Temperaturtest unterworfen und die Veränderung der C-V-Kennlinie beobachtet. Es wurde gezeigt, dass Na in den Al2O3-Schichten stärker löslich ist als im thermisch entstandenen SiO2. Es ist überdies in den Al2O3-Schichten nur geringfügig unbeweglicher als in der SiO2-Schicht. Das Driftverhalten des Na ist in beiden Fällen ähnlich: Ein unsymmetrischer Einfluss wurde beobachtet in Fluss- und Sperrichtung der Diodenstrukturen und die Zeitkonstante nimmt exponentiell mit dem angelegten elektrischen Feld ab. Die Doppeloxid-Strukturen aus Al2O3 und SiO2 können mit Vorteil benützt werden, da das Feld in Al2O3 niedriger ist als das mittlere Feld in der Oxidkombination. Hieraus folgt eine verringerte Drift des Natriums im Al2O3. Überdies läuft das Na nur leicht bis zur Grenzfläche zwischen Al2O3 und SiO2 und muss dort erst eine erhebliche Barriere überwinden bevor es in die darunterliegende SiO2-Schicht eindringen kann.