Механизмы переноса носителей в плёнках и структурах

Интерес к механизмам переноса заряда в разнообразных плёночных структурах обусловлен необходимостью управления электропроводностью тонких и диспергированных (островковых) плёнок, увеличения времени наработки плёночных конденсаторов и изолирующих слоёв, а также возможностью создания плёночных активных элементов.

К таким известным механизмам переноса зарядов в наноразмерных плёночных структурах можно отнести следующие:

- генерация и перенос носителей, обусловленные термоэмиссией;

перенос за счёт токов, ограниченных пространственным зарядом (ТОПЗ), поверхностно-барьерный эффект Шоттки; - туннельное прохождение электронов

Генерация и перенос носителей за счёт токов термоэмиссии.

Этот механизм был исторически первым, объясняющим перенос между островками. При этом для объяснения малой энергии активации (значительно меньшей работы выхода материала островков) были выдвинуты следующие предположения:

работу выхода понижают силовые поляризационные поля островков,

островки, как небольшие частицы, обладают меньшей работой выхода, чем массивные образцы материала, форма небольшой частицы обусловливает пониженную работу выхода.

Современные исследования наночастиц подтвердили справедливость этих предположений. Для электропроводности плёнки при наличии термоэмиссии островков получено следующее выражение:

2.2.3.

ТОПЗ являются основными в многослойных пленочных структурах металлдиэлектрик- металл или металл-высокоомный полупроводник-металл при толщинах диэлектрика (полупроводника) в сотни нанометров и при соответствующих размерах островков пленок. В этом случае возникает инжекция носителей заряда - электронов из металла в диэлектрик или полупроводник. Барьер для инжекции равен половине ширины запрещённой зоны и меньше работы выхода диэлектрика на величину электронного сродства.

В результате инжекции в высокоомном слое образуется пространственный заряд, вызванный как свободными носителями, так и носителями, захваченными локальными уровнями - ловушками. Для поликристаллического тонкого слоя диэлектрика концентрация ловушек может составлять IO^isсм'¹. Ловушки могут располагаться на

разной глубине и время жизни (удержания) носителей на них составляет от 10^⁸секунды до нескольких десятков часов. Вольт-амперная характеристика структуры во многом определяется пространственным зарядом, концентрацией и глубиной ловушек. Такая структура по аналогии с вакуумным диодом называется аналоговым или диэлектрическим диодом.

Металлы электродов могут иметь одинаковые или разные работы выхода. Преимущественная инжекция происходит из металла с меньшей работой выхода. Соответствующий электрод называют инжектирующим электродом, или катодом. Электрод с большей работой выхода называют блокирующим, или анодом. При отсутствии внешнего приложенного напряжения, как и в вакуумном диоде, разность работ выхода металлов создает тормозящее поле для электронов, инжектированных катодом. Кроме того, инжектированные носители совместно C собственными тепловыми носителями высокоомного слоя приводят к образованию минимума потенциала в слое.

Для расчёта BAX структуры и распределения в ней потенциала необходимо решить уравнение Пуассона, распределение концентрации носителей в котором даётся уравнением Максвелла-Больцмана.

2.3.