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HL: Halbleiterphysik

HL 34: Heterostrukturen

HL 34.1: Talk

Thursday, March 29, 2001, 15:30–15:45, S17

Elektronentunneln durch ultradünne SiO₂-Schichten: Vorhersagen mikroskopischer Modelle — •M. Städele¹ und B. R. Tuttle² — ¹Infineon Technologies AG, Corporate Research ND, D-81730 Munich, Germany — ²Department of Physics, Penn State University, Erie, Pennsylvania 16543-0203, USA

Wir untersuchen kohärentes Elektronentunneln durch dreidimensionale Si[100]/SiO₂/Si[100]-Modell-Heterostrukturen, deren atomare Koordinaten mit Hilfe von Dichtefunktionalmethoden bestimmt wurden. Diese Vorgehensweise erlaubt es, den Einfluss der mikroskopischen Struktur des Oxids und der Si-SiO₂-Grenzfläche sowie von Defekten im Oxid auf die Tunnelwahrscheinlichkeit zu berücksichtigen. Die Transmissionskoeffizienten der Elektronen wurden im Rahmen der empirischen Tight-Binding-Methode berechnet. Wir finden signifikante qualitative und quantitative Unterschiede zu den Resultaten der populären quasi-eindimensionalen Effektivmassen-Methoden, z.B. im Bezug auf die experimentell beobachtete Verletzung der Impulserhaltung parallel zur Si/SiO₂-Grenzfläche oder der Energieabhängigkeit der effektiven Tunnelmasse für Elektronen (und Löcher) in Volumen-SiO₂. Resultate für Tunnelströme durch SiO₂-Gateoxide in Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) werden vorgestellt. Insbesondere wird der Beitrag elastischen resonanten Tunnelns durch neutrale Oxiddefekte (Sauerstoff-Leerstellen) zum gesamten Gateleckstrom anhand eines MOSFETs mit 50nm Gatelänge und 1.3 nm Gateoxiddicke quantifiziert. Wir analysieren ferner die Reflexionskoeffizienten der vom Oxid zurückgestreuten Elektronen.

[1] M. Städele, B. R. Tuttle, and K. Hess, erscheint in J. Appl. Phys.