Analyse du processus de formation de la barrière or-silicium

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Analyse du processus de formation de la barrière

or-silicium

G. Pananakakis, P. Viktorovitch, J.P. Ponpon

To cite this version:

ANALYSE

DU PROCESSUS DE

FORMATION

DE LA

BARRIÈRE

OR-SILICIUM

G.

_PANANAKAKIS,

P. VIKTOROVITCH Laboratoire

_{d’Electronique,}

E.R.A. n°

_{659, E.N.S.E.R.G.,}

23,

avenue des

_Martyrs,

38031

Grenoble-Cedex,

France

et J. P. PONPON

Centre de Recherches

Nucléaires,

Groupe

de

_Physique

et

_Applications

des Semiconducteurs,

67037

_{Strasbourg-Cedex,}

France

(Reçu

le

_{10 février}

_1978,

révisé le 17 mai

_1978,

_accepté

le 22 mai

₁₉₇₈₎

Résumé. 2014

Nous comparons les

caractéristiques

courant-tension sous éclairement de diodes Schottky or-silicium à des courbes

théoriques

de structures MIS. Nous montrons _que l’évolution

dans le temps de ces

_{caractéristiques}

est due à la neutralisation d’une _charge fixe

_positive,

située à

l’interface _{métal-semiconducteur, par}

_l’oxygène

de l’air

_qui

diffuse à travers le contact

_métallique

et

qui

se _comporte en

_piège

à électrons du semiconducteur.

Abstract. 2014

We compare the

experimental

current-voltage characteristics

_{of gold-silicon Schottky}

diodes with theoretical curves of MIS structures. We show that the

_ageing

_process results from the neutralization of a fixed

_positive

_charge at the metal-semiconductor interface, due to _oxygen from the

ambiant

_diffusing

_through the

_rectifying

contact. It _{is further demonstrated that oxygen} behaves like a

semiconductor electron trap, which _explains the decrease of the neutralization _efficiency

_during

the

barrier formation and the

_locking

of the

_{photovoltage.}

Classification

Physics Abstracts 72.40 - 73.30

1. Introduction. - Les cellules solaires de

type

structure MIS de

_Schottky

ont connu récemment

un essor très

_{important, qui}

a fait progresser leur

rendement de conversion

photovoltaïque

au-delà

de 10

_%

dans le

cas

du silicium monocristallin.

Parallèlement aux études

expérimentales,

la mise au

point

de modèles de fonctionnement de ces

_dispositifs

a

_permis

de déterminer les

_paramètres

dont l’influence est

_{prépondérante}

et ainsi de

_préciser

les conditions

expérimentales requises

pour une

_optimisation

des

performances

[1-4].

Cependant,

une instabilité dans

le

_temps

des

_propriétés

de ces

_dispositifs

a été

obser-vée

_[5],

ce

_qui

a conduit à reconsidérer le

problème

du vieillissement des diodes

Schottky,

mis en

évi-dence il _y a

_plus

de dix ans

[6, 7].

Dans un article

précédent

[8],

nous avons fait

_apparaître

_{que le}

vieillissement des structures or-silicium de

_type

N est

directement lié à la

_formation

de la barrière de

_potentiel

et dû à la

_diffusion,

à travers le film

d’or,

d’oxygène

ou

de _vapeur d’eau

_qui

s’accumule à l’interface.

Le but de cet article est de montrer _que l’utilisation

conjointe

d’un modèle

_théorique

du

_comportement

des

structures MIS et de résultats

_{expérimentaux}

sur

l’évolution

_temporelle

des diodes or-silicium

_peut

conduire à une meilleure

_{compréhension}

du

phé-nomène de formation de la barrière de

_potentiel

au contact métal-semiconducteur.

2. Résultats

_{expérimentaux.}

- 2.1

TECHNIQUE

EXPÉRIMENTALE. ---- Les _mesures sont effectuées sur

du

silicium

de

_type

N,

de basse résistivité

_(la

concentra-tion de

_porteurs

est

_comprise

entre 1 et 5 x

1020

m- 3).

Après rodage,

les

_plaquettes

sont munies sur leur face arrière d’un contact

_ohmique

_{réalisé par}

_dépôt

de 300

A

d’aluminium. La face avant est ensuite

_décapée

chimiquement

dans une solution de CP4.

Après

rin-çage à l’eau désionisée et, éventuellement à l’acide

fluorhydrique

dilué,

les échantillons sont

_placés

sous

vide

_(pression

résiduelle inférieure à 5 x

10-6

_torr)

et un film d’or est

déposé

_par

évaporation.

L’évolu-tion -dans le

_temps

des

_propriétés

des

_dispositifs

est

étudiée par des mesures

_{électriques (relevé}

des

carac-téristiques

courant-tension sous un éclairement d’en-viron

_{100 mW/cm2}

_{fourni par} une

_lampe

quartz-halogène

reproduisant grossièrement

le

_spectre

solaire

450

et détermination de la hauteur de la barrière de

potentiel

par la mesure de courant de saturation et

par la

réponse photoélectrique)

et _par

_l’analyse

de la distribution

_d’oxygène

à l’interface or-silicium

(par

spectroscopie

de masse d’ions secondaires et

par la réaction nucléaire

160(a,

a’)160).

2.2

_{CARACTÉRISTIQUES}

COURANT-TENSION. - La

figure

la

_représente,

_pour un échantillon

_possédant

un film d’or de 300

A

_{d’épaisseur,}

les

_{caractéristiques}

courant-tension sous

_{éclairement,}

relevées sous vide

après dépôt

du métal et _{pour des}

_temps

relativement

courts

_après

mise à l’air. L’évolution de ces courbes

pour des

temps

très

_{longs après}

la mise à l’air est

montrée sur la

_figure

lb. Sur la

_figure

_lc,

nous avons

reporté

des

_{caractéristiques}

similaires

_{correspondant}

à

Fm. la. -

Evolution, temporelle (mise à l’air de 120 min.) des

caractéristiques courant-tension sous illumination pour un

échan-tillon or-silicium de _type N (épaisseur de la couche d’or de 300

_A).

[Evolution with time _(up to _{120 min. of exposure} to _air) of the

current-voltage characteristics under illumination for 300 A _gold on _N-type

_silicon.]

FIG. _lb. - Evolution

pour des temps plus longs de _mise à l’air des

caractéristiques de _{1"échantillon} de la figure la. L’état _optimum

(courbe 2) est atteint 104 min. environ _après la mise à l’air.

[Evolution

for _longer times _{of exposure} to air of the characteristics

of the _sample of _figure la. _{The optimum (curve 2)} is reached after

about

104 _min.]

FIG. 1c. - Evolution

temporelle (mise à l’air de 6 700 min.) des

caractéristiques courant-tension sous illumination pour un échan-tillon or-silicium de _type N (épaisseur de la couche d’or de 100

_A).

[Evolution with time (up to 6 700 min. of

_exposure

to air) of the

current-voltage characteristics under illumination for 100 A gold

on _{N-type silicon.]}

l’évolution d’un échantillon

possédant

un film d’or de 100

A

_{d’épaisseur}

et dans un domaine de

_temps

_plus

restreint. On constate _que, tant _que le

_dispositif

demeure sous

_vide,

il se

_comporte

comme une

résis-tance

_(pas

de

_{redressement)}

et ne délivre _pas, ou

presque pas, de tension

photovoltaïque. Lorsqu’il

est

mis à

_l’air,

une

_{caractéristique}

de redressement et une

tension

_{photovoltaïque apparaissent progressivement}

après

un

_temps

d’attente

qui dépend

essentiellement

de

_{l’épaisseur}

_{de la couche d’or. Alors que} ce

_temps

est très

_{bref pour}

100 A

d’or

_(quelques

dizaines de

secondes),

il est

_{beaucoup plus}

_long

_pour 300

A

(quelques

minutes).

La tension

_{photovoltaïque}

croît

jusqu’à

la valeur de

saturation,

de l’ordre de

_{0,3 V,}

qui

est atteinte en un

_temps

dépendant

de

l’épaisseur

du métal et du

_degré

_{hygrométrique.}

Pour des

_temps

d’attente

_{beaucoup plus importants,}

le

_phénomène

de

suppression

du courant

_{photovoltaïque}

se manifeste

(Fig. 1b),

la tension ne

_changeant

_pratiquement

_pas, en

_atmosphère

sèche tout au moins.

2. 3 HAUTEUR DE LA BARRIÈRE DE POTENTIEL. - Les

résultats fournis par les deux

types

de mesures utilisées

pour la détermination de la hauteur de barrière sont

en bon

accord,

aux erreurs

expérimentales près,

soit

0,03

eV. Nous constatons _{que la} barrière de

potentiel

~Bn est initialement assez faible

_(0,5

à

_0,6

_eV)

et

_qu’elle

_augmente,

en fonction du

_temps

_que

l’échan-tillon passe à l’air

(après

un

_temps

d’attente

qui

varie

selon

_{l’épaisseur}

du film

_d’or)

_jusqu’à

la valeur

caractéristique

du contact or-silicium de

_{type N,}

soit

0,80

à

_0,83

eV

_[8].

à l’interface _ayant

_déjà

été

_publiée

_{[8, 9],}

nous en

rappellerons

seulement les résultats essentiels. Nous

avons montré _que, dès _que les échantillons sont mis à

l’air,

l’oxygène

de l’air ambiant diffuse à travers

le film d’or

_(la

constante de diffusion a été trouvée

égale

à

_8,4

x

10-2°

m2/s)

_puis

s’accumule à

l’inter-face,

la

_{dépendance temporelle}

de ce dernier _processus

étant

_{logarithmique,}

à un taux de

1,2

x

1019

at/m2

par décade. D’autre

part,

les

_{propriétés électriques}

des

dispositifs

sont étroitement liées à la

_présence

d’oxy-gène,

un accroissement de la concentration de ce

dernier à l’interface d’environ 2 x

1019 m-2

étant nécessaire pour obtenir la saturation de la tension

photovoltaïque

et la valeur

_typique

de qJBn.

3.

_Analyse

des résultats

_{expérimentaux.}

2013 Nous

interprétons

ici les résultats

_{expérimentaux précédents}

en résolvant

numériquement

les

_équations

fonda-mentales du fonctionnement des structures MIS.

Ces

_équations

ont été établies et discutées dans des

publications

antérieures

_[1,

_{2] ;}

seules seront

rap-portées

les modifications introduites afin de tenir

compte

des

_{particularités présentées}

_par les structures

étudiées.

Nous _pouvons

_distinguer

deux

_phases

d’évolu-tion des structures examinées. La

_{première phase}

commence

_après

la mise à l’air des échantillons

_jusqu’à

l’établissement de la tension de circuit ouvert

_Voc

maximum et

_{l’optimisation}

des

_paramètres

de l’échan-tillon. La seconde

_{phase correspond}

à des

_temps

très

longs

après

la mise à l’air

_(période

de vieillissement de la

_structure)

et est caractérisée _par

_{l’apparition}

de l’effet de

_suppression

de courant et _par le maintien de la tension

_V.,,,.

3. 1 PREMIÈRE PHASE. - La

détérioration des

pro-priétés

de redressement et

_{photovoltaïques}

d’une

FIG. 2. - Influence d’une charge positive à l’interface isolant-semiconducteur sur les caractéristiques J-V d’une structure MIS

avec _X. =

Xp = 0,5 eV (pour les autres paramètres de la structure

voir annexe A. _2).

[Influence of a positive charge located at the

insulator-semiconduc-tor interface on J-V characteristics of a MIS structure _(with xn =

Xp = 0.5 eV) (for other _parameters see annex _A2).]

structure MIS

_peut

être attribuée à l’existence de

charges positives

situées à l’interface semiconducteur-isolant et à son

_voisinage

_[2,

_3,

_10].

Pour une densité

donnée de ces

_charges,

_qui

_peuvent

_correspondre

aux

défauts du réseau

cristallin,

l’effet est d’autant

_plus

important

que

l’épaisseur

de la couche isolante est

plus grande.

Nous avons donc introduit dans

l’expression

de

la tension

_supportée

par la couche

isolante, U.,

une densité de

_{charge Qf}

(par

unité de

surface),

correspondant

à une densité de

_charges

élémen-taires

_Nf,

définie par

l’expression :

par la suite nous utiliserons le terme

_charge

à la

_place

de densité de

_charge.

Nous avons étudié l’influence de ces

_charges

sur

les

_{propriétés électriques}

de la structure, avec

_Nf

comme

_paramètre

_pour des valeurs de

_{l’épaisseur}

de la couche isolante b

_compatibles

avec le traitement

physico-chimique

des échantillons. Les résultats ainsi obtenus

_(Fig.

₂₎

_reproduisent

correctement le réseau

expérimental

de la

_figure

la

_{pour ô}

= 5

A

_et

Il en résulte _que la structure atteint son état

optimum

lorsque

toute la

_{charge Nf}

se trouve neutralisée. 3.2 DEUXIÈME PHASE. - L’effet de

suppression

de

courant caractérisant cette

_période

_peut

être

_attribué,

soit à l’existence d’une résistance

_parasite

_RS

en série

avec la structure MIS

_idéale,

soit à la

_présence

d’une couche isolante

_trop

_épaisse,

réduisant la collecte des

porteurs

minoritaires

_[4].

L’action de

_pièges

_ayant

un rôle

cinétique (effet

de

_{génération-recombinaison}

à

l’interface)

est à exclure car elle n’affecte _pas la valeur

du courant de court-circuit de la structure comme

nous l’avons montré dans

_[4].

La

_présence

d’une résistance série

_parasite

est

exprimée par la

relation :

où U est la tension extérieure aux bornes de la

struc-ture, J la densité de courant,

Vsc la

chute de tension

ohmique

dans le volume du semiconducteur.

_{b Vs,}

b US

sont les variations de la barrière de surface du semiconducteur et de la tension

_Us

_par

_rapport

à leurs valeurs à

_{l’équilibre thermodynamique.}

L’influence d’une résistance série

_parasite

sur les

caractéristiques

J-V de la structure est montrée _par le réseau de courbes de la

_figure

3. Bien _que la

sup-pression

du courant

_{s’accompagne}

du maintien de

_Voc,

le désaccord avec les courbes

_{expérimentales}

ne

_permet

pas de retenir cette

hypothèse.

En

effet,

en

_présence

d’une résistance série

_importante,

les

_{caractéristiques}

sont assimilables à des

_droites,

contrairement à ce

que l’on observe sur la

_figure

lb. L’effet de

suppression

452

FIG. 3. - Effet d’une résistance

RS en série avec la structure MIS idéale.

[Effect of a series resistance.]

expliqué

par

l’augmentation

de

l’épaisseur

de la

couche isolante.

_Cependant,

si l’on admet pour

l’affinité des électrons et des trous, les valeurs utilisées

habituellement,

soit _Xn =

0,5

eV _et

Xp =

0,5 eV,

on constate _que,

_d’après

les résultats

_exposés

dans

_[1]

la tension

_Voc

doit croître avec à

_{(pour ô compris}

entre 0 et 25

_Â),

ce

_qui

est en désaccord avec les

résultats

_{expérimentaux.}

Cette contradiction

_peut

être

levée car la hauteur de la barrière _~Bn de la structure est

la

même,

quelle

que soit la méthode

expérimentale

utilisée

_(optique

ou

_{électrique).}

Ceci

_signifie

_que la couche isolante est

_transparente

_pour les

_porteurs

majoritaires

(électrons) ;

en d’autres termes _la

pro-babilité de _passage des électrons à travers la couche isolante est strictement

_égale

à l’unité. Il faut donc conclure _que l’isolant ne

_présente

aucune barrière

pour les électrons et leur affinité _Xn est

_négative

ou

nulle. En tenant

_compte

de la forme des

caractéris-tiques expérimentales

en

_polarisation

inverse et des résultats de

_[11]

on

_peut

estimer que la valeur de

l’affinité de _Xp

_adaptée

à la structure étudiée est

_égale

à 2 eV. Il est alors

_possible

de _proposer un schéma

qualitatif

de la structure des bandes des échantil-lons MIS en

question

(Fig. 4).

Notons

qu’un

tel schéma

FIG. 4. - Structures de bandes

d’énergie des échantillons MIS étudiés.

1 [Band structure of the MIS diode.]

présente

un câractère formel dans la mesure où il est

délicat d’attribuer une structure de bandes à une

couche isolante inférieure à 20

A.

3. 3 EFFETS DE PIÉGEAGE. - En utilisant les valeurs

des affinités des électrons et des trous _que nous avons

déterminées

_plus

haut,

soit _Xn = 0 et

Xp = 2

eV,

nous constatons _par le calcul _que la tension

_Voc

de

la structure reste

_{pratiquement égale}

à sa valeur

expérimentale

(300 mV)

pour 0 03B4 10

A.

Au-delà

de cette

_épaisseur,

_Voc

diminue

_(Fig.

5).

Cette dernière contradiction avec

_{l’expérience}

nous incite à _{penser à}

l’existence de

_pièges

de

_{type accepteur}

situés en

énergie

plus

près

de la bande de conduction que de la bande de

valence et

_{interagissant}

avec les électrons du

semi-conducteur

_[1].

Outre l’amélioration de

_Voc

sans

modification du courant de court-circuit

_{Jcc et}

de la

partie

en

_polarisation

inverse des

_{caractéristiques}

_{J- V,}

ce

_type

de

_pièges

_provoque

_{l’augmentation}

du facteur

d’idéalité de la structure, ce

qui

est en

_parfait

accord

avec

_{l’expérience (Fig.}

_lb).

FIG. 5. -

Caractéristiques J-V d’une structure MIS avec xn = 0 _et

Xp = _{2 eV, en} l’absence de _pièges à l’interface.

[J-V characteristics of a MIS structure for xn = 0 and

Xp = 2 _eV,

without interface traps.]

Ne

_disposant

_pas d’informations

_{expérimentales}

directes concernant la nature des

_pièges

à l’interface

isolant-semiconducteur nous avons considéré le cas

le

_{plus simple susceptible}

de fournir des résultats en

accord avec les courbes

_{expérimentales.}

C’est ainsi

que nous avons introduit la

charge

des

pièges

ionisés

_{Q., exprimée}

par la fonction de Fermi :

Et,

EF.

désignant respectivement

le niveau

éner-gétique

des

_{pièges (supposés monoénergétiques)}

et le

quasi-niveau

de Fermi des électrons du

Le réseau de

_{caractéristiques}

de la

_figure

_6,

obtenu

pour Et

situé à

_0,425

eV sous la bande de conduction

et

_Dss

_égal

à

_1017/m2

_{pour ô}

_compris

entre 0 et 10

A

et à 2 x

1019/m2

_{pour b}

_égal

_{à 15}

_A,

_reproduit

les résultats

_{expérimentaux}

de la

_figure

1b. Il est à noter

que l’on obtient des résultats

identiques

si l’on

_adopte

une valeur constante _pour

_Dss

et des valeurs variables pour la

position

du

niveau Et

par

rapport

aux bandes

d’énergie

ou inversement si l’on considère

_{que Et}

est constant et

_{D ss}

variable.

FIG. 6. - Caractéristiques J-V

reproduisant le cas de la _figure 5

mais en _présence de _{pièges monoénergétiques} de niveau Et situés à 0,425 eV de la bande de conduction et de densité : _{I) Dss = 101 7/m2}

pour 0 03B4

10 A ; II) Dgg

= _{2 x} 1019/m2 pour b = 15 A.

[Theoretical

J-V characteristics in presence of _{single energy E,} interface traps ; E, is located at 0.425 eV below the conduction band

edge : I) Dss = 1017/m2 for _{0 03B4 10} A ; _{II) Dss} = 2 x _joll/M2

for 03B4 = 15

Â.]

3.4 RÔLE DE L’OXYGÈNE. - L’effet du

piégeage

lors de la deuxième

_phase

d’évolution des

_dispositifs

a été discuté dans le

_{paragraphe précédent. Cependant,}

l’exploitation conjuguée

des résultats

_théoriques

et

expérimentaux

concernant la

_phase

de neutralisation

(première phase d’évolution)

permet

de montrer _que

le

_piégeage

se manifeste

_également

durant cette

période.

A l’aide des

figures

la,

b,

c et en tenant

_compte

des erreurs de mesures relatives aux faibles valeurs

de

_{Voc et à}

l’évolution de

_{l’épaisseur ô}

de la couche

isolante,

nous _pouvons déterminer un réseau de

courbes

_{qui représente}

l’évolution

_temporelle

de la

charge

neutralisée à l’interface

_(Fig.

_7).

Afin de comparer la

quantité

de

_charge

neutralisée

avec la concentration

_d’oxygène

en excès

_A[O],

accumulé à

_{l’interface,}

nous avons

_reporté

sur cette

même

_figure

7 la courbe

_{expérimentale}

décrivant

l’évolution

_temporelle

de

_0394[O]

dans le cas d’une

épaisseur

de la couche d’or x = 300

A [8].

Nous

constatons ainsi _{que, pour} un

_temps

_compris

entre 30

et 104

_min.,

_0394[O]

varie de

1018

à

2,8

x

1019

at/m2

alors _{que le} nombre de

_charges

élémentaires

neu-FIG. 7. - Evolutions

temporelles comparées de la concentration

d’oxygène en excès à l’interface _A[O] et de la _charge neutralisée.

[Time evolution of the excess _oxygen concentration A[O] at the interface and of the neutralized _charge.]

tralisées est de l’ordre de

_1017/m2.

Ceci montre _que

seule une faible

partie

de

l’oxygène présent

à l’interface

participe

au _processus de

_{neutralisation,}

_probablement

selon une réaction

_chimique

du

_{type :}

D+,

0,

e

_{désignant respectivement}

les

_charges

_positives

(défauts),

les atomes

_d’oxygène

et les électrons

(de

la bande de conduction du

semiconducteur,

comme il sera montré dans ce

_qui

_suit).

Nous constatons _que le _processus de neutralisation

commence

_quelques

minutes

_après

la mise à l’air des

échantillons,

pour des

temps

inférieurs à 30 min.

En admettant _que l’évolution

_temporelle

de la

concen-tration

_d’oxygène

en excès suive une loi de

diffusion,

nous _pouvons

extrapoler

la courbe

expérimentale

représentant

la variation de

_A[O]

pour obtenir la

concentration

d’oxygène atteignant

l’interface au

début du _{processus de} neutralisation

(voir

annexe A.

1).

Celle-ci étant de l’ordre de

1016

_at/m2,

il en résulte _que

tout

_l’oxygène

en excès à l’interface doit être

actif

en

début de

neutralisation,

contrairement à ce

qui

se

passe par la suite. Nous attribuons cette diminution de

l’activité de

_l’oxygène

à un effet de

_piégeage,

lié à

l’évolution de la barrière de surface du semiconducteur.

Les atomes

_{d’oxygène pourraient}

se

_comporter,

en

effet,

comme des

_pièges

_pour les électrons de la bande

de conduction

_(éq.

_(3.4)).

En début de _processus et en

l’absence de barrière de

surface,

tous ces atomes sont

dis-454

ponibles

dans la bande de

conduction,

ou en d’autres termes, parce

qu’ils

introduisent un niveau

nécessai-rement situé en dessous du niveau de Fermi du

semi-conducteur. L’établissement

progressif

de la barrière de surface entraînant la courbure des bandes

d’énergie

vers le

haut,

le taux d’ionisation de

_l’oxygène

diminue

et donc sa

_capacité

de neutraliser les défauts.

Remarques :

1)

L’absence de barrière métal semiconducteur se

maintenant aussi

_longtemps

_que les échantillons

restent sous

_vide,

on doit exclure tout effet de

désorp-tion

_{d’hydrogène}

à travers la couche

_métallique

ou

de

_migration

d’ions

_positifs

vers le métal sur l’évolu-tion ultérieure de la barrière une fois la diode mise à l’air

_[12].

2)

D’une manière

_générale

nos travaux en cours montrent _que

_{l’oxygène joue}

un rôle

_primordial

sur

le redressement et le vieillissement des structures

Schottky

tant sur le silicium de

_type

N _que de

_type

P. Son influence est toutefois limitée _par la facilité avec

laquelle

il

_peut

diffuser à travers le contact

redres-seur : sa constante de diffusion est en effet

_beaucoup

plus

élevée _pour les métaux faiblement

_{oxydables (or}

par

exemple)

que pour les métaux

qui s’oxydent

faci-lement

_(tels

_que

_{l’aluminium).}

4. Conclusion. - Dans cet article nous avons

montré le rôle fondamental de

_l’oxygène

dans la

formation de la barrière or-silicium. Il est encore

_trop

tôt _{pour proposer} un modèle

_{théorique complet}

permettant

de suivre

_{rigoureusement}

toute l’évolution

de la structure. Des

_{expériences complémentaires}

telles les mesures de la

_capacité

et des

_pertes

de la

structure en fonction de la

_polarisation

et de la

fré-quence devraient nous

_permettre

d’affiner le modèle.

Néanmoins,

nous avons démontré

_malgré

la

séparation

artificielle en deux

_phases,

_que l’évolution de la barrière est en fait un _processus

_continu,

en ce sens _que

tout au

_long

de son établissement le

_piégeage

des électrons de conduction par

l’oxygène joue

un rôle

fondamental.

Annexe Al. - Voici les

équations

décrivant

l’évo-lution

_temporelle

de la concentration

_a[0]

selon

une loi de diffusion

_{[13] :}

Cg

est la concentration à

_l’origine

_(x

=

0)

_en

m- 3.

C(x, t)

est la concentration au

_plan

d’abscisse x en

fonction du

_temps.

D

_désigne

la constante de diffusion. A l’aide de

_{l’équation}

_(Al.l)

on déduit le flux

d’oxygène

(p(x,

t)

en m- 2 S-l :

La

_{quantité 0394[O]}

_(exprimée

en

m-2)

est alors déduite de

_{l’expression précédente}

du flux

_(éq.

_(A1.

_{2)) :}

La fonction

_â[O]

a été calculée

_{numériquement}

à

l’aide de

_{l’équation}

_{(Al. 3)}

_{pour x} = 300

A

(épaisseur

de la couche

d’or,

figures

la et

_lb)

et en considérant D

comme

_{paramètre (Fig. 7).}

Nous constatons _{que pour}

D ~

10-19

M2/S

les valeurs

_théoriques

sont en accord

avec les valeurs

_{expérimentales}

_pour

Pour des

_temps

_supérieurs

à

102

min.,

la concentration

expérimentale

est inférieure à la valeur calculée à

partir

de

_{l’équation (Al. 3).}

Ceci doit être attribué à la croissance de

_{l’épaisseur}

de la couche isolante

entraînant un

_freinage

du _processus de diffusion.

Annexe A2. - Nous

présentons

ici les valeurs

numériques

de divers

_{paramètres physiques pris}

en

compte

pour la modélisation de la structure MIS

étudiée ;

nous avons utilisé le

système

d’unités S.I.

Charge

élémentaire : q

=

1,6

x

lO-19

C.

Température :

300 K.

Densité

_{d’impuretés}

de

_type

donneur :

_1020/m3.

Coefficient de diffusion des minoritaires :

1,25

x

10-3 m2/s.

Longueur

de diffusion des minoritaires : 5 x 10- 5 m.

Longueur

du semiconducteur : 3 x

10-4

m.

Mobilité des

majoritaires :

0,13

m2/(s.V).

Permittivité de l’isolant :

35,37

pF/m.

Permittivité du silicium :

106,1

pF/m.

Vitesse de collecte des électrons : 5 x

104

_m/s.

Vitesse de collecte des trous : 5 x

104

_m/s.

Différence des travaux de sortie entre le métal et le

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