Charge injection into SiO2 films at fields between 1 and 3 MV cm−1 after electrical stress

Abstract

SiO, films on monocrystalline silicon substrates are stressed a t fields up to 10 MVcm-l. After stress currents in the field range below 4 MVcm-1 with current densities of A om-, t o larger than A cm-z are observed. From experimental results about current-time behaviour and simultaneously measured flatband voltage-time behaviour it is concluded t h a t the stress generated currents are caused by tunnel injection of electrons (and possibly also holes) into trap clusters within the interface regions of the SiO, films. At strong action of stress microchannels become generated through whole t h e film where hopping conduction takes place. Currents in t h e lower field range flowing in the conduction band or valence band caused by locally lowered barriere or by simple emptying of flat traps can be excluded. Also moving internal charge distributed homogeneously in the SiO, films is not in agreement with experimental results. Si0,-Schichten auf einkristallinen Siliziumsubstraten werden bei Feldstarken bis zu 10 MV cm-' gestreat. Nach StreI3 werden Strome im Feldbereich unterhalb 4 MV cm-l mit Stromdichten von lo-', A em-, bis iiber A cm-, beobachtet. Aus den experimentellen Ergebnissen zum Strom-Zeit-Verhalten und gleichzeitig gemessenem Flachbandspannung-Zeit-Verhalten ist zu schlieRen, dab die durch StreI3 generierten Strome durch Tunnelinjektion von Elektronen (und moglicherweise auch Lochern) in Trapcluster in den Randzonen der Si0,-Schichten verursacht sind. Bei starker StreBmirkung werden durch die Schichten hindurchgehende Mikrokanale generiert , in denen Hoppingleitung auftritt. Strome im unteren Feldbereich, die im Leitungshand oder Valeneband infolge lolraler Barrierenerniedrigung oder einer Entleerung ilacher Traps flieben, konnen ausgeschlossen merden. Auch die Bewegung einer inneren, homogen in der Si0,-Srhicht verteilten Ladung ist nicht in tfbereinstimmung mit den experimentellen Ergebnisscn.