Conference Paper

ВЛИЯНИЕ ГАДОЛИНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НА 
МЕЖФАЗНОЙ ГРАНИЦЕ КРЕМНИЯ – КРЕМНИЯ ОКСИДА 
Зайнабиддинов С., Назиров Д.Э. 
АндГУ, НУУз, Ташкент
 
Изучено влияние всестороннего гидростатического давления на изменение 
подвижного заряда встроенного в структуру свинцово-боросиликатного стекла Pb0-
SiO
2
-B
2
0
3
-Al
2
0
3
-Ta
2
0
5
. Показано что воздействие давлением в 3 

5 кБар приводит к 
уменьшению подвижного заряда и улучшению диэлектрических параметров стекла. В 
таких устройствах, как полевые транзисторы, поверхностный барьер переменной 
емкости, элементы памяти, устройства с зарядовой связью, связь полупроводник - 
диэлектрик является основной рабочей областью. В большинстве других 
полупроводниковых приборов контакт полупроводник-диэлектрик выполняет функции 
поддержки: 
разделительная 
изоляция, 
пассивация 
и 
защита 
поверхности 
полупроводника от внешних воздействий. Во всех случаях физические процессы, 
происходящие на границах раздела полупроводник - диэлектрик, оказывают 
существенное влияние на рабочие характеристики полупроводниковых приборов.
Полупроводниковому диэлектрику большое количество работ посвящено 
изучению влияния внешних воздействий на свойства переходных слоев. Но эти работы, 
как правило, посвящены исследованию наиболее широко используемой системы 
кремний – диоксид кремния. 
Однако в некоторых случаях система кремний - диоксид кремния обладает 
некоторыми недостатками. К таким недостаткам высокотемпературные (900 - 1200
0
С) 
образования слоя SiO
2
, приводящие к перераспределению примесных центров по 
толщине к полупроводниковой подложке, обусловлены различными факторами 
сегрегации и относятся к появлению в полупроводнике термоэлемента, дефектные 
центры. 

---

Техник ва технологик фанлар со
ҳ
аларининг инновацион масалалари. ТДТУ ТФ 2020 
36 
Свинцово-боросиликатные стекла, стекающие вниз, лишены этих недостатков. 
Более того, использование легкоплавких свинцовых боросиликатных стекол позволяет 
сочетать 
высокие 
изоляционные 
характеристики 
и 
простоту 
получения 
диэлектрических покрытий. С этой точки зрения изучение природы электрофизических 
процессов, протекающих в покрытиях на основе свинцово-боросиликатных стекол, 
актуально при внешних воздействиях. Для исследования использовали стекло типа Pb0-
SiO
2
-B
2
0
3
-Al
2
0
3
-Ta
2
0
5
с массовым процентным содержанием компонентов 49:32:15:3:1, 
нанесенное на поверхность пластин из 
n
-кремния (10 Ом см, с кристаллографической 
ориентацией <111) >) из раствора малой дисперсии с последующим плавлением 
(T=680
0
С) и нагревом (T=470
0
С).
Для измерений электрических характеристик использовались структуры типа Al
 
- свинец-боросиликатное стекло-
n
-Si, изготовлены по методике. Толщина слоя стекла 
составила 2000 - 2500 ангстрем. Алюминий наносился методом вакуумного осаждения. 
Диаметр управляющих электродов 3 мм. С помощью метода высокочастотных 1 МГц) 
вольт-фарадных (C-V) характеристик во всех изготовленных структурах наблюдался 
хорошо выраженный гистерезис (рис. 1). Однако в конструкциях, подвергнутых 
всестороннему сжатию давлением в 5 кБар на установке «Гидростат-16», гистерезис 
характеристик не наблюдался даже при измерениях в интервалах температур - 20 ÷ + 
80
0
С.
 
Согласно существующим теориям, параллельное смещение вольт-фарадных 
характеристик структур МГС (выполненных на основе полупроводника электронного 
типа, такого как проводимость) в сторону отрицательного напряжения указывает на 
образование положительного заряда в структуре стекла. А изменение формы вольт-
фарадных характеристик таких структур, свидетельствует об увеличении заряда 
поверхностных состояний, которые перезаряжаются при изменении величины 
приложенного напряжения. Наличие в структуре свинцово-боросиликатных стекол 
подвижного заряда может быть обусловлено локализацией инжектируемого 
полупроводника электронов вблизи легко поляризуемых ионов свинца и их 
накоплением на потенциальных барьерах включений кристаллической фаз [3].
Для 
подтверждения 
предположения 
о 
формировании 
подвижного 
положительного заряда в стекле исследуемых структур перед воздействием давления 
измеряли тангенс угла диэлектрических потерь при различных температурах (-10… + 
50 
0
С) и частотах (100 кГц… 2 МГц). Сопоставление полученных температурных и 
частотных зависимостей тангенса угла диэлектрических потерь позволило установить, 
что во всех измеряемых структурах тангенс угла диэлектрических потерь имеет 
характерный максимум релаксации. А в структурах, подверженных давлению более 3 
кБар,
 
диэлектрические потери значительно возрастают. Поскольку изменение степени 
поляризации ионов свинца с помощью внешних механических воздействий 
представляется маловероятным, изменение высоты потенциальных барьеров между 
включениями кристаллической фазы может быть основной причиной, приводящей к 
уменьшению гистерезисных явлений.
Действительно, влияние понижающих давление высоты потенциальных 
барьеров приводит к уменьшению глубины потенциального углубления. Таким 
образом, инжектированные, приложенные к напряжению смещения обогащения, 
полупроводниковые электроны не локализуются в больших количествах в 
потенциальных дырах, возвращаются при изменении полярности напряжения обратно в 
полупроводник.
В пользу этой причины свидетельствуют температурные зависимости тангенса 
угла диэлектрических потерь. В структурах, подверженных воздействию давления, 
максимум релаксации диэлектрических потерь уменьшается и становится менее 
выраженным. Для подтверждения предлагаемой модели были изготовлены 
конструкции с пониженным содержанием свинца в стекле. Массовый процент 

---

Техник ва технологик фанлар со
ҳ
аларининг инновацион масалалари. ТДТУ ТФ 2020 
37 
компонентов стекла Pb0-SiO
2
-B
2
0
3
-Al
2
0
3
-Ta
2
0
5
в этих структурах составил 
42:39:15:3:1. Контрольные измерения вольт-фарадных характеристик, в аналогичных 
условиях, показало существенное уменьшение петли гистерезиса. 
Рис. 1. Вольт-фарадные характеристики 
(нормированные на величину емкостей слоя 
стекла) одной из исследуемых структур, до 
проявления давления (зависимости 1 и 2) и 
подвергнутого воздействию давления в 5 кБар с 
выдержкой 10 минут ( зависимость 3). 
Недавно нами было показано, что в 
структурах на основе SiO
2
влияние давления 
приводит к восстановлению полупроводниковым 
слоем, около границы раздела полупроводник - 
диэлектрик, и эти структуры меняют некоторые 
динамические характеристики. Однако в структурах, изготовленных на основе 
n
-
кремния таких как проводимость, покрытых слоем свинцового боросиликатного стекла, 
скорость генерации поверхности является такой же функцией времени, как и для 
структур, подвергающихся давлению. Поэтому в этих структурах реконструкция 
поверхности при воздействии давления до 5 кБар не происходит. На основании 
полученного результата можно сделать следующий вывод. Всестороннее сжатие 
структур на основе стекла PbO-SiO
2
-B
2
O
3
-Al
2
O
3
-Ta
2
O
5
с массовой долей 49:32:15:3:1 
приводит к уменьшению вероятности локализации электронов на легко поляризуемых 
ионах свинца. Это приводит как к улучшению изолирующих свойств стекла, так и к 
уменьшению гистерезисных эффектов. В таких 
устройствах, как полевые транзисторы, поверхностный барьер переменной емкости, 
элементы памяти, устройства с зарядовой связью, связь полупроводник - диэлектрик 
является основной рабочей областью. В большинстве других полупроводниковых 
приборов контакт полупроводник-диэлектрик выполняет функции поддержки: