Epitaxial calcium fluoride (CaF2) layers with a nominal thickness up to 10 nm on the (111)-oriented Silicon (Si) are obtained. Surface topographies of the fluoride films are recorded and the current-voltage characteristics of the Au/CaF2/Si structures are studied. On a qualitative level, these structures exhibited all the features usual for metal-insulator-semiconductor systems. The current-voltage curves of the samples were reproduced by modeling considering a finite (0.1–1 nm) value of the standard thickness deviation of the dielectric CaF2 film.
AbstractThe currents flowing in metal–CaF_2– n -Si and metal–SiO_2–CaF_2– n -Si structures with the same (about 1.5 nm) fluoride thickness are compared in the reverse-bias mode. It is revealed that the current in the case of a two-layer dielectric can be notably higher within a certain voltage range. Such unexpected behavior is associated with the coexistence of both electron and hole components of the current as well as with the configuration of the SiO_2–CaF_2 barrier through which tunneling occurs. The results of measurements and explanatory simulation data are presented.
AbstractThe effect of increasing the tunnel current in a metal–calcium fluoride–silicon structure with addition of a silicon dioxide layer between fluoride and metal (which seems paradoxical at first glance) has been considered. This effect of nonmonotonic change in the tunnel conductivity with an increase in the insulator thickness may occur at a relatively high bias at the structure and is related to the tunnel-barrier deformation, at which electrons are tunneling through its part formed by the oxide. At low biases, the occurrence/ thickening of an additional layer leads to a natural decrease in the current. Similar behavior is possible in principle for some other combinations of materials.
Теоретически рассмотрены условия накопления электронов в квантовой яме резонансно-туннельной структуры металл-окисел-p+-кремний и масштаб влияния накопленного заряда на распределение напряжения. Исследованы системы с SiO2, HfO2 и TiO2 в качестве диэлектрика. Показано, что появления заряда в яме при резонансном транспорте можно ожидать для структур на подложках с концентрацией акцепторов от (5-6)·1018 до (2-3)·1019 см-3 в диапазоне толщин окисла, зависящем от этой концентрации. Так, для структур с SiO2/p+-Si(1019 cм-3) толщина окисла должна превышать ~3 нм. Плотность электронов в яме может достигать величин ~1012 cм-2 и более. Однако влияние этого заряда на электростатику структуры становится заметным только в режимах сравнительно высоких напряжений, далеких от момента активации резонансного переноса через первую подзону. DOI: 10.21883/FTP.2017.04.44337.8445
Измерены и теоретически проанализированы вольт-амперные характеристики наноструктур Al/термический или электрохимический SiO2(2-4 nm)/сильнолегированный p+-Si, функционирующих как резонансно-туннельный диод. Характеристики демонстрируют особенности в виде ступеней и пиков тока, обусловленные транспортом электронов между валентной зоной кремния и металлом через дискретные уровни квантовой ямы, создаваемой зоной проводимости p+-Si и межфазной границей SiO2/p+-Si. Рассмотрены также резонансное туннелирование через уровни поверхностных состояний и появление при определенных условиях заряда вблизи указанной границы.
