InAs-based metal-oxide-semiconductor structure formation in low-energy Townsend discharge

Abstract

We developed and applied a method of InAs passivation in the low-energy plasma of Townsend discharge. The controlled interface oxidation in the Ar:O2:CF4 gas mixture under visualization of gas discharge plasma allowed growing thin homogeneous films in the range of 5–15 nm thickness. Oxidation with the addition of CF4 in gas-discharge plasma led to the formation of In and As oxyfluorides with a wide insulating gap and isostructural interface with unpinned Fermi level behavior. The metal-oxide-semiconductor structure showed excellent capacitance-voltage characteristics: small frequency dispersion (<15 mV), density of interface states (Dit) in the gap below 5 × 1010 eV–1cm−2, and fixed charge (Qfix) below 5 × 1011 cm−2.

Влияние адсорбции кислорода и фтора на электронную структуру поверхности InSb(111)

“…Таким образом, формирование промежуточного фторсодержащего анодного оксидного слоя (ФАОС) является необходимым фактором для получения МДП структур с низкой плотностью состояний на границе раздела полупроводник−оксид. Известно, что структуры Au/ФАОС/InAs(111) и In 2 O 3 /SiO 2 /ФАОС/InAs(111) демонстрируют плотность интерфейсных состояний < 5 • 10 10 эВ −1 • см −2 [12][13][14], тогда как в случае GaAs возможно понижение ПС на границе раздела ФАОС/GaAs в 50 раз (до < 5 • 10 11 эВ −1 • см −2 ) по сравнению с интерфейсом, полученным без фтора [15].…”

Влияние фтора на плотность состояний на границе раздела анодный оксидный слой/In-=SUB=-0.53-=/SUB=-Ga-=SUB=-0.47-=/SUB=-As

“…В работах [9,10] показано, что после обработки границ раздела диэлектрик (HfO 2 , Al 2 O 3 )/InGaAs в высокочастотной плазме CF 4 с последующим отжигом при 500 • C в атмосфере азота наблюдается уменьшение D it . На границах раздела диэлектрик/А 3 В 5 (InAs [11,12], GaAs [13,14]) плотность состояний также снижается при анодном окислении в присутствии фтора или обработке газообразным фтором поверхности полупроводника перед осаждением диэлектрического слоя. Данные о влиянии фтора при анодировании поверхности InGaAs, а также температуры последующего отжига структур на электронные свойства границы раздела диэлектрик/InGaAs с переходным анодным оксидным слоем (АОL) в литературе отсутствуют.…”

“…Анодные слои формировались в таунсендовской газоразрядной плазме (Ar : O 2 = 4 : 1 и Ar : O 2 : CF 4 = 7 : 2 : 1) после обезжиривания образцов в диметилформамиде и удаления естественного оксида в растворе HCl (концентрированная) : Н 2 О = 1 : 10. Методика анодного окисления подробно описана в работе [11] На основании данных о влиянии фтора на химический состав и электронные свойства границ диэлектрик/полупроводник, сформированных анодными слоями на бинарных соединениях InAs и GaAs [11][12][13], которые подобны по химическому составу InGaAs, можно сделать вывод, что образование оксифторидов и/или фторидов элементов полупроводника в анодном слое приводит к снижению плотности состояний на границе раздела SiO 2 /FАОL/InGaAs. Снижение D it после отжига при температуре 300 • C, по-видимому, связано с образованием более упорядоченной и равновесной структуры фторсодержащего слоя, тогда как ухудшение электронных свойств при более высоких температурах обусловлено разрушением связей со фтором на границе раздела и в анодном слое.…”

The Effect of Fluorine on the Density of States at the Anodic Oxide Layer/In0.53Ga0.47As Interface

“…As was shown in [9,10], after processing of the insulator (HfO 2 , Al 2 O 3 )/InGaAs interfaces in a highfrequency CF 4 plasma followed by annealing at 500°C in the nitrogen atmosphere, the D it value decreases. At the insulator/A 3 B 5 (InAs [11,12], GaAs [13,14]) interfaces, the density of states also decreases during anodic oxidation in the presence of fluorine or the treatment of the semiconductor surface with gaseous fluorine before deposition of the insulator layer. In the literature, there has been a lack of data on the effect of fluorine during anodizing of the InGaAs surface and the effect of the temperature of subsequent annealing of the structures on the electronic properties of the insulator/InGaAs interface with a transition anodic oxide layer (AOL).…”

“…Anodic layers were formed in a Townsend gas-discharge plasma (Ar : O 2 = 4 : 1 and Ar : O 2 : CF 4 = 7 : 2 : 1) after decreasing the samples in dimethylformamide and removal of the natural oxide in an HCl (concentrated) : H 2 O = 1 : 10 solution. The anodic oxidation method was described in detail in [11]. The layer thickness was controlled with a Microscan scanning ellipsometer using a model of a homogeneous isotropic film on a substrate with a complex refractive index of N sub = 3.874-0.627j.…”