Estudos das propriedades e comportamentos de filmes finos de SiO como camadas para geração de cargas efetivas em capacitores MOS

Abstract

Neste trabalho são apresentados resultados de capacitores MOS fabricados com as estruturas Al/SiO/Si-p, Al/SiO2/Si-p e Al/SiO/SiO2/Si-p, utilizando o processo de obtenção dos filmes finos de monóxido de silício (SiO) por PVD, depositados sobre um substrato de silício tipo P <100> com dopagem em torno de 1x1015 cm-3. Dado que a camada de SiO tem como uma de suas propriedades o acúmulo de cargas, além de servir como dielétrico de porta, o objetivo desse trabalho visa desenvolver um processo estável da evaporação de uma fonte de SiO para o controle da espessura do filme fino, que é importante para que o capacitor atinja um patamar de inversão em relação a tensão aplicada e acumule a maior quantidade de cargas positivas. Também foi realizado um estudo do comportamento e das características do SiO nesse tipo de estrutura para que futuramente possa ser utilizado como camada de passivação com propriedades antirrefletoras em células solares MOS. Os capacitores MOS foram caracterizados e, a partir da extração de sua curva C-V, foram calculados e explicados parâmetros importantes para o entendimento do comportamento dessa camada nesse tipo de estrutura, bem como foram comparados seus resultados com as outras estruturas desenvolvidas. Como o acúmulo de cargas é um parâmetro importante para seu uso em células solares MOS, os dados de densidade de carga efetiva no óxido foram de suma importância nos cálculos. Também foram estudados e aplicados modelos matemáticos para simulação de curvas C-V teóricas e para a correção dos dados obtidos experimentalmente, levando em consideração parâmetros como potencial de superfície, resistência série e admitância de fuga e os seus efeitos no funcionamento do capacitor MOS.

In this work, results of MOS capacitors manufactured with Al/SiO/Si-p, Al/SiO2/Si-p and Al/SiO/SiO2/Si-p structures are presented, using the process of obtaining thin films of silicon monoxide (SiO) by PVD, deposited on a silicon substrate type P <100> with doping around 1x1015 cm-3. Since the SiO layer has charge accumulation as one of its properties, in addition to serving as a gate dielectric, the objective of this work is to develop a stable process of evaporation from an SiO source to control thin film thickness, which is important for the capacitor to reach an inversion level in relation to the applied voltage and accumulate the greatest amount of positive charges. A study of the behavior and characteristics of SiO in this type of structure was also carried out so that in the future it can be used as a passivation layer with anti-reflective properties in MOS solar cells. The MOS capacitors were characterized and, from the extraction of their C-V curve, important parameters were calculated and explained for understanding the behavior of this layer in this type of structure, as well as comparing their results with the other structures developed. As charge accumulation is an important parameter for its use in MOS solar cells, the effective charge density data on the oxide was of paramount importance in the calculations. Mathematical models were also studied and applied to simulate theoretical C-V curves and to correct experimentally obtained data, taking into account parameters such as surface potential, series resistance and leakage admittance and their effects on the MOS capacitor operation. Keywords: