Structures Al-Al2O3-InP : Analyse des processus de dérive et évaluation des hauteurs de barrières par photoémission interne

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Abstract
L'instabilité des caractéristiques électriques des structures MIS sur InP est actuellement un problème majeur pour le développement de ce type de dispositif et constitue la matière d'une polémique très ouverte dans la littérature. Dans ce travail, nous proposons une nouvelle approche de ces phénomènes fondée sur l'étude de la photoémission interne de structures Al-Al2O 3-InP. Cette technique permet, entre autres, la mesure directe de la hauteur de barrière semiconducteur-isolant et le contrôle du remplissage des pièges d'interface. Al2O3 est déposé par évaporation au canon à électrons. Avant le dépôt, les substrats d'InP subissent un polissage mécano-chimique Br-CH3OH, suivi de divers traitements chimiques conduisant soit au décapage de l'oxyde natif (solution HF), soit à la constitution d'un oxyde stable (solution NH4OH). En vue de comparaison, les mesures de photoémission sont aussi effectuées sur des structures Al-Al 2O3-Si dont l'isolant a été déposé dans les mêmes conditions, après avoir soumis le substrat de silicium à un traitement chimique classique. La hauteur de barrière χn, présentée aux électrons de conduction de l'InP par l'Al2O3 (2,8 ± 0,1 eV) est sensiblement plus faible que dans le cas du silicium (3,1 ± 0,1 eV). Les résultats ne dépendent pas, au premier ordre, du traitement chimique des substrats. La comparaison de ces résultats avec les valeurs rapportées dans la littérature de l'affinité électronique de l'InP et du Si, indique une contribution dipolaire relative de 0,65 ± 0,1 eV à l'interface Al2O3-InP par rapport à l'interface Al2O3-Si. La différence observée (0,3 eV ± 0,1 eV) entre les valeurs de χn pour l'InP et le Si n'est pas suffisante pour expliquer les phénomènes de dérive observés dans les structures MIS-InP sur la base de processus d'injection, suivis de piègeage, de porteurs chauds à l'intérieur de l'alumine. La corrélation des résultats de mesure de photoémission et des caractéristiques de dérive des dispositifs montre que ces dernières sont fortement tributaires de la qualité de l'isolant déposé et que leur dispersion, pouvant résulter d'une mauvaise reproductibilité des conditions de fabrication de l'isolant est considérablement réduite, de même que leur amplitude limitée, en présence d'un oxyde natif stable à la surface du semiconducteur