Nature of traps responsible for the memory effect in silicon nitride

Abstract

Nature of traps responsible for the memory effect in Si3N4 still remains the subject matter of much discussion. Based on our quantum chemical simulation results, Si–Si bonds can be identified as traps for electrons and holes with localization energies falling within the ranges of Wte=1.2−1.7 eV and Wth=0.9−1.4 eV. Within the multiphonon trap ionization model, our experimental data on Si3N4 conductivity have allowed us to evaluate the thermal ionization energies of electron and hole traps in Si3N4 as Wte=Wth=1.4 eV. The same value of 1.4 eV was obtained as half the Stokes shift of the 2.4 eV green photoluminescence line observed in Si3N4 films under excitation with 5.2 eV. Thus, the data obtained in the present study strongly suggest that Si–Si bonds are responsible for localization of electrons and holes in Si3N4.

Influence of rapid thermal annealing temperature on the photoluminescence of Tb ions embedded in silicon nitride films

“…Silicon nitride films have been extensively studied in recent years as a promising material for a wide variety of applications in the microelectronic industry, including use as the gate dielectric in field effect and thin film transistors [1], an important antireflection coating layer for crystalline silicon solar cells [2], a charge storage layer in MNOS non-volatile memories [3] and as an active material for light emitting diodes (LEDs) [4]. Research on this material has been additionally stimulated by its full compatibility with Si-based transistor technology, which could lead to easy integration with various microelectronic devices.…”

Влияние Слоя Аморфного Кремния На Адсорбционные Свойства Полупроводниковой Структуры В Условиях Фотостимуляции

“…Показано [15], что в нейтральном состоянии ОС дают мелкие уровни, обладающие большим сечением захвата. При захвате электрона на D 0 за счет поляронного эффекта [16] и изменения области локализации валентных электронов атомов связи Si−Si происходит сдвиг мелких уровней в глубь запрещенной зоны на 1.4−1.5 eV, что затрудняет тепловой выброс носителей заряда и значительно увеличивает время релаксации заряда. Но если часть ОС зарядится положительно, то велика вероятность образования комплексов близких ОС (КБОС).…”

Локальные Колебания Связей Кремний-Кремний В Нитриде Кремния

“…Хотя эффект памяти в нитриде кремния исследуется и используется уже более 50 лет, природа ловушек для электронов и дырок является предметом дискуссий до сих пор. Лишь недавно было продемонстрировано, что в качестве ловушек в a-Si 3 N 4 выступают собственные дефекты -связи кремний−кремний (Si−Si) [3,4]. Концентрация связей Si−Si в почти стехиометрическом a-Si 3 N 4 составляет величину порядка одного атомного процента (∼ 10 21 cm −3 ), что много больше концентрации легирующих примесей в полупроводниках.…”

“…Образцы осаждались на подложки монокристаллического кремния, плавленого кварца и кристаллического сапфира в реакторе пониженного давления из смеси газов SiCl 4 и NH 3 . Концентрация NH 3 была в 10 раз больше концентра-ции SiCl 4 . Согласно условиям роста, а также исходя из анализа края оптического поглощения (4.6 eV), полученные пленки представляли собой практически стехиометрический a-Si 3 N 4 .…”

“…Это наблюдение подтверждает выводы работ [3,4] о том, что связи Si−Si являются ловушками для электронов и дырок во флеш-памяти на основе Si 3 N 4 .…”