Материал: Физика тонких пленок. Современное состояние исследований и технические применения. Т. 6

АОП. Не менее существенно и присутствие влаги в пленках. Поскольку токи проводимости и при низком содержании влаги сильно зависят от времени, возможно, что при этом проявляется какой-то электронный механизм пробоя, зависящий от наличия или отсутствия влаги, обусловливающей появление определен­ ных типов ловушек в проводящем окисле [226].

Выше (разд. V, 3) отмечалось, что в аморфных телах при­ меси, по-видимому, не оказывают столь сильного влияния на электропроводность в слабых полях, как в диэлектриках с бо­ лее регулярной структурой. Однако при электрическом пробое к образцу приложены большие электрические поля, и в этих ус­ ловиях роль примесей может возрастать. Так, Вилсон и сотр. [227] наблюдали уменьшение пробивной прочности АОП на Со, Сг и W при загрязнении пленок ионами, проникающими из электролита. Примеси, проникающие в окисел из металлической подложки, по-видимому, оказывают такое же действие. Действи­ тельно, присутствие в ниобии примесей Zr, Ti, W, Мо и V сни­ жало пробивное напряжение окисла, выращенного на этом ме­ талле [223].-

Влияние примесей качественно легко объяснить в терминах зонной модели твердого тела. Если эта модель применима к аморфному материалу, то естественно полагать, что примесные атомы создают дополнительные электронные ловушки, более мелкие, чем те, которые обычно имеются в твердом теле. В сильных полях электроны, захваченные этими ловушками, относительно легко освобождаются. Таким путем возникают сво­ бодные носители, инициирующие пробой. Подобный эффект дол­ жен уменьшать электрическую прочность загрязненного окисла по сравнению с «истинной» величиной, характерной для чистого материала. Этот вывод согласуется с приведенными выше дан­ ными. Детальное исследование влияния примесей из металли­ ческой подложки на пробой АОП тантала проведено в работе [165]. При увеличении концентрации примесей до 1% катодное пробивное напряжение (минус на Та) не изменялось, а анодное пробивное напряжение увеличивалось. При более высоких кон­ центрациях пробивная прочность при обеих полярностях напря­ жения падала.

До сих пор считалось, что электрический пробой АОП свя­ зан с электронными процессами. Платонов [228—230] предполо­ жил, что таким процессом может быть, в частности, лавинный пробой. Им было показано, что в пленках ТагОб и Zn02 толщи­ ной от 100 до 5000 А электрическая прочность уменьшается

с ростом толщины. Однако не все АОП ведут себя подобным образом; например, электрическая прочность InSb, анодирован­ ного в КОН, не зависит от толщины и составляет ~ 106 В/см

[231]. Наблюдавшееся Платоновым [229] линейное увеличение

интерпретация процесса формирования проводящего канала. Имеющиеся к настоящему времени данные указывают на то, что в случае АОП этот процесс обусловлен образованием электрон­ ных лавин, причем существенное влияние на его протекание оказывают макродефекты и примеси, имеющиеся в окисле. Без сомнения, наличие этих неоднородностей вызывает наблюдае­ мый разброс значений напряжения пробоя. Тем не менее отсут­ ствие строго определенного пробивного напряжения не позво­ ляет применить к АОП теоретические модели, развитые для объяснения явления пробоя в других диэлектриках [214, 234]4).

Наибольшим успехом в интерпретации явлений пробоя для многих диэлектриков различной толщины пользуется теория однолавинного электронного пробоя [235], предсказывающая зависимость пробивной прочности от толщины и временное за­ паздывание пробоя, наблюдавшиеся экспериментально. Однако в настоящее время наиболее реалистичными следует считать теории, не ограничивающиеся учетом лишь одной ударной иони­ зации в диэлектрике, но учитывающие и туннельную эмиссию из катода [234, 236]. Считается, что нарастающая лавина остав­ ляет за собой положительный пространственный заряд, в част­ ности, у катода, обусловленный ионизацией точечных дефектов решетки [236] или генерацией подвижных дырок [234]. Это при­ водит к усилению туннельной эмиссии с катода и вследствие ус­ ловия непрерывности тока к развитию лавины, разрушающей о'бразец. Очевидно, что в АОП электроны могут инжектиро­ ваться посредством эмиссии типа Шоттки. При этом обычно предполагается, что дырки не обладают подвижностью и, сле­ довательно, увеличение поля в прикатодной области можно объ­ яснить только электронной ударной ионизацией, например, ло­ кальных центров, или миграцией катионов [237]. Если эмиссия электронов в прикатодную область действительно является не­ обходимым условием пробоя, то, по мнению Клейна [214], гене­ рация свободных носителей в диэлектрике за счет внутренней фотоэмиссии с электродов должна сопровождаться уменьше­ нием пробивного напряжения. Как подчеркнул Гудман [210], ис­ следования внутренней фотоэлектронной эмиссии из электродов должны способствовать выяснению вопроса о подвижности ды­ рок в окисных пленках при пробивных напряжениях, в част­ ности вопроса о том, имеет ли подвижность дырок в этих усло­ виях конечные значения.*)

*) По вопросам пробоя диэлектриков см. также монографии: Воро­ бьев А. А., Воробьев Г. А., «Электрический пробой и разрушение твердых дивлектриков» («Высшая школа», М., 1966) и Франц В., «Пробой диэлектриков» (ИЛ, М., 1961). — Прим. ред.

6.V e г m i 1у e a D. А., в книге: Advances in Electrochemistry, ed. Delahay P., Vol. 3, Wiley, Intersci., New York, 1963, p. 211; см. также Non-Crystalline Solids, ed. Freschette V. D., Wiley, New York, 1960, p. 328.

7. D i g g 1 e J. W., D о w n i e T. C., G о u 1d i n g C. W., Chem. Rev. (1970).

8.New York Meet., Electrochem. Soc., 1969, Extended abstr. bookl. (1969).

9.Dallas Meet., Electrochem. Soc., Extended abstr. bookl., vol. 6, № 1 (1967); см. также Electrolytic Rectification, eds. Schmidt P. F., Smyth D. M., Elec­

№ 27 (1969).

22.M u t h D. G., 7. Vac. Sci. Tech., 6, 749 (1969).

34.Л у к о в ц е в П . Д., Электрохимия, 4, 379 (1968).

35.Y o u n g L., Proc. Roy. Soc., London, A258, 496 (1960).

36. M a s i n g L., Vi t i n s J., Y o u n g L., Dielectrics, 1, 45 (1963).