J. Physique Lett. 45, 493-499 (1984)
DOI: 10.1051/jphyslet:019840045010049300

Dipolar relaxation effects in Al/SiO2/Si structures investigated by Transient Capacitance Spectroscopy

E. Rosencher, R. Coppard, D. Bois et J.C. Pfister

CNET-CNS (RPT/PMD), B.P. 98, 38243 Meylan, France

Abstract
Transient Capacitance Spectroscopy (DLTS) in Metal-Oxide-Semiconductor structures is usually analysed assuming that the only contribution to the variations in the semiconductor surface capacitance originates in detrapping of carriers from defects at the Si/SiO2 interface or in the Si or SiO2 bulks. Using original pulse configurations, we have detected, in all samples investigated, capacitance transients which cannot be accounted for by such classical emission mechanisms but are in accordance with a dipolar relaxation mechanism. After each pulse, the relaxation follows the electric field direction with a distributed time constant, almost independently of temperature and applied electric field (from 35 K up to 200 K). We further explain why these dipolar relaxation effects could not be observed easily via the usual capacitance or conductance measurements. The physical origin of these dipolar relaxations is briefly discussed.

Résumé
La Spectroscopie de Transitoires Capacitifs (DLTS) dans les structures Métal-Oxyde-Semiconducteur (MOS) est généralement interprétée en supposant que le signal n'est dû qu'à l'émission thermique des porteurs piégés à l'interface Si/SiO2, dans le film de SiO2 ou dans le silicium. En utilisant un cycle original d'impulsions électriques, nous avons observé dans tous nos échantillons des transitoires capacitifs qui ne correspondent pas à ce mécanisme d'émission, mais sont en accord avec un mécanisme de relaxation de type dipolaire. Après chaque impulsion, la relaxation s'effectue dans la direction du champ électrique avec une constante de temps répartie, presque indépendamment de la température et de la tension appliquée(de 35 K à 200 K). Nous expliquons pourquoi ces relaxations dipolaires n'étaient pas observables par les techniques usuelles de caractérisation de MOS (capacité-tension, conductance). Enfin, l'origine physique de ces relaxations dipolaires est brièvement discutée.

PACS
7340Q - Electrical properties of metal insulator semiconductor structures.
2530F - Metal insulator semiconductor structures.

Key words
aluminium -- deep level transient spectroscopy -- dielectric relaxation -- metal insulator semiconductor structures -- silicon -- silicon compounds -- dipolar relaxation effects -- Al SiO sub 2 Si structures -- DLTS -- MOS structure -- carrier detrapping -- transient capacitance spectroscopy -- semiconductor surface capacitance