В.А.Козлов, Институт физики микроструктур РАН (Нижний Новгород),
С.В.Оболенский, М.А.Китаев, Н.В.Демарина, Нижегородский государственный университет
ВОЗДЕЙСТВИЕ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА
БАЛЛИСТИЧЕСКИЙ ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР С НАНОМЕТРОВЫМ ЗАТВОРОМ
|
Исследовано взаимодействие лазерного излучения с длиной волны
1,06 мкм с полевыми транзисторами на основе структуры
металл-полупроводник с эффективной длиной канала 30 нм |
Введение
Современный уровень технологии позволяет создавать полупроводниковые приборы, отдельные элементы которых имеют нанометровые размеры [1]. Это означает, что эти размеры меньше длины волны излучения широко используемых лазеров, таких как лазер на неодимовом стекле. Взаимодействие нанометровых приборов с лазерным излучением будет происходить здесь иначе, чем в случае, когда размеры приборов превышают длину волны. Представляет интерес исследовать эффекты, обусловленные особенностями такого взаимодействия, и выяснить возможности применения этих эффектов для технологических, диагностических и исследовательских целей.
Описание эксперимента
|
|
|
Рис. 1. Микрофотоснимок поперечного сечения ПТШ с V-образным затвором |
Для исследовательских целей были изготовлены GaAS полевые транзисторы с барьером Шоттки с длиной затвора L2 10; 1; 0,5 и 0,25 мкм, последний имел V-образную [2,3] форму (рис. 1).
Толщина металлизации затвора 2 мкм (для 
мкм) и 0,4 мкм для остальных вариантов затвора.
Толщина подложки составляла для всех образцов 100 мкм. Расстояние между
затвором и стоком (истоком) варьировалось от 1,5 до 3 мкм. Латеральные
размеры металлизации стока и истока имели значение порядка 20-40 мкм.
Результаты эксперимента
Транзисторы с длиной затвора, большей или приблизительно равной длине волны. В ходе эксперимента выделились две группы образцов, одна из которых слабо изменяла свои характеристики при первом облучении, а вторая – сильно. При последующих облучениях и произвольном распределении образцов в пятне лазерного излучения (после каждого импульса проводился контроль характеристик образцов) образцы соответствовали своим группам, деградируя с разной скоростью (рис. 2).
|
|
|
Рис. 2. Зависимость относительного изменения силы тока длинноканального полевого транзистора от числа импульсов лазерного излучения |
Сравнение действия лазерного облучения лицевой и обратной стороны образцов с длиной затвора от 10 до 0,5 мкм показывает, что деградация характеристик качественно и даже количественно подобна, что отчасти объясняется малым коэффициентом поглощения излучения в GaAs.
Результаты эксперимента показывают, что изменение характеристик связано с термостимулированной диффузией атомов на расстояния, сравнимые с толщиной канала транзистора. Кроме того, происходит захват носителей заряда на термогенерированные ловушки, возникшие при лазерном облучении. При облучении образцов отмечен пороговый характер изменения характеристик транзисторов. При уменьшении мощности излучения на порядок (путем увеличения расстояния от среза неодимового кристалла до исследуемого объекта) характеристики транзисторов в пределах точности измерений не изменяются при облучении 15 лазерными импульсами как с лицевой, так и с обратной стороны. Полученные результаты свидетельствуют о том, что для длинноканальных транзисторов лазерное излучение воздействует на всю структуру целиком.
Транзисторы с
эффективной длиной затвора, существенно меньшей длины волны. Для изучения
взаимодействия лазерного излучения с короткоканальными полевыми транзисторами
специально использовались транзисторы с 
-образной формой затвора, что позволило минимизировать длину
рабочей области канала, взаимодействующей с лазерным излучением. Вертикальный
размер затвора, изображенного на рис 1, сравним с длиной волны лазерного
излучения. Поперечный размер затвора составляет порядка четверти длины волны, а
острие затвора – порядка 1/30 длины волны. При попадании излучения на такой
затвор происходит рассеяние излучения назад. В случае облучения с лицевой стороны
это приводит к уменьшению поля в рабочей области канала транзистора, а при
облучении обратной стороны происходит существенное увеличение поля в канале
из-за его концентрации, обусловленной наличием острия затвора.
В отличие от длиннозатворных транзисторов лазерное
облучение на короткоканальных транзисторах с -образным затвором с лицевой и обратной стороны приводило к
качественно различным эффектам. При облучении с лицевой стороны характеристики
прибора практически не менялись в течение 10 импульсов лазерного излучения, в
то время как при облучении с обратной стороны происходила существенная деградация
характеристик транзистора после 3-6 импульсов (рис. 3). Это
свидетельствует о том, что деградация происходит в локальной области вблизи
острия затвора, а сам затвор при облучении с обратной стороны играет роль
своеобразной антенны, концентрирующей поле лазерного излучения в рабочей
области канала. При этом происходит сложение полей (а не мощностей) рассеянного
и падающего излучения, что существенно увеличивает локальное поле в рабочей
области канала. В то же время при облучении транзистора с лицевой стороны
затвор не концентрирует излучение, и его воздействие на рабочую область канала
существенно слабее, что проявляется в слабом изменении характеристик под
действием мощного лазерного излучения.
|
|
|
Рис. 3. Деградация параметров короткоканального полевого транзистора с V-образным затвором при облучении неодимовым лазером с обратной стороны (со стороны подложки) |
Облучение транзисторов проводилось без подачи внешних напряжений на транзистор, поэтому внутренние поля создавались только собственным полем барьерного контакта. При подаче внешних напряжений данный транзистор работает в баллистическом режиме и электрическое поле в канале достигает значений 100-150 кВ/см. Это означает, что при подаче смещения будет иметь место эффективное взаимодействие между лазерным излучением и электронным газом, обеспечивающим протекание тока в канале. Концентрация затвором поля лазерного излучения в локальной области пространства приведет к тому, что возникнет баллистический пролет носителями локальной области сильного переменного поля оптической частоты. Возникающие при этом эффекты еще не исследовались и интересны с разных точек зрения.
Проведенные эксперименты свидетельствуют о том, что возможна локальная модификация свойств материалов за счет концентрации поля лазерного излучения в заданном месте с помощью металлических объектов нанометровых размеров. Концентрация поля лазерного излучения таким способом позволяет проводить модификацию материала в областях, размеры которых значительно меньше длины волны излучения, что невозможно получить за счет фокусировки или за счет оптической литографии. Это означает, что при нанесении металлических кластеров нанометровых размеров на полупроводник с последующим облучением полученной структуры мощным лазерным излучением возможно получение структур с размерами неоднородностей, определяемых размерами кластера, а не длиной волны воздействующего излучения. Полученные результаты демонстрируют перспективность применения нанометровых металлических кластеров для изготовления электронных приборов.
Список литературы
1. Caracteristics including electron velocity overshoot for 0.1-mm-gate-lenth GaAs SAINT MESFET's // IEEE Trans. 1990. Vol. ED-37. № 4.
2. Kohn E. V-shaped-gate GaAs MESFET for improved high frequency performance // Electronics Letters, 1975. Vol. 11. № 8. P. 160.
3. Оболенский С.В., Китаев М.А. Полевой транзистор с 30 нм затвором // Принято к печати в журнале ЖТВ.
4. Козлов В.А., Оболенский С.В., Китаев М.А., Демарина Н.В. Воздействие оптического излучения на баллистический полевой транзистор с нанометровым затвором // Материалы совещания “Нанофотоника” (20-23 марта 2000 г., Нижний Новгород). М.: Институт физики микроструктур РАН, 2000. С. 250-253.
Работа выполнена
при поддержке МНТП “Физика твердотельных наноструктур”
| Наверх |