Применение гидрогенизированного кремния

Получение гидрогенизированного кремния.

 
В настоящее время пленки гидрогенизированного аморфного кремния (ГАК) получают разложением  силана в плазме тлеющего разряда. Подложки на которые необходимо нанести пленки ГАК, размещают в рабочей камере и пропускают через нее со скоростью от 0,1 до 30см³/мин смесь газообразного силана с водородом, возбуждая и поддерживая с помощью электромагнитного поля тлеющий газовый разряд. Разложение молекул силана на атомы водорода и кремния, осаждаемые на подложке, происходит в плазме тлеющего разряда. В зависимости от способа возбуждения тлеющего разряда различают несколько типов установок нанесения пленок аморфного кремния. 
 
 
 
Рисунок 4 
 
На рисунке 4 представлена безэлектродная высокочастотная система возбуждения и поддержания тлеющего разряда с помощью индуктора, расположенного снаружи рабочей камеры. Такие системы работают при частотах f=0,5…1,3,5МГц (давление силана 10…270 Па) и обеспечивают скорость нанесения пленок 10…100нм/мин. Недостаток – неоднородность пленок α-Si:H, связанная с малыми размерами рабочей камеры. 
 
 
 
Рисунок 5. 
 
Двухэлектродная емкостная система (рисунок 5) в значительной мере устраняет этот недостаток. Два плоскопараллельных электрода размещены внутри рабочей камеры. Для возбуждения и поддержания тлеющего разряда на электроды подается напряжение f=13,5МГц. Давление 0,7…30Па скорость нанесения 50нм/мин. 
 
Применяют системы, в которых плазма возбуждается постоянным напряжением между анодом и подложкодержателем-катодом. Скорость нанесения 100…1000нм/мин. При смене полярности скорость уменьшается в 10 раз. 
 
Легируют пленки гидрогенизированного кремния в процессе их роста атомами фосфора или бора (соответственно донорная и акцепторная) для чего добавляют к силану газообразные фосфин PH₃ или диборан B₂H₆. Молекулы этих газов, разлагаясь в плазме попадают в пленку α Si:H. 
 
Существуют и другие способы получения и легирования пленок гидрогенизированного кремния как n- так и p-типа и электропроводимость меняется от 10^-11 до 10^-2Ом^-1*см^-1 т.е. в 10⁹ раз.

У SSD(Solid State Drive, то есть "твёрдотельный привод") имеются и недостатки, обусловленные самой конструкцией флэш-памяти. Прежде всего, это ограниченное количество циклов записи/стирания, связанное с физическим износом: постоянное воздействие высокого напряжения на диэлектрик, изолирующий плавающий затвор, вызывает изменения его структуры и приводит к "пробою", то есть невозможности удерживать заряд. Это означает выход из строя ячейки, которая утрачивает способность принимать значения "0" или "1", оставаясь постоянно в некотором стабильном состоянии. Среднее число циклов записи-стирания составляет порядка 10 тысяч у массовых моделей с ячейками типа SLC и до 100 тысяч у дорогих MLC-накопителей.

Второй "врождённый" недостаток заключается в том, что для записи на SSD-накопитель требуется приложение относительно высокого напряжения от 10 до 20 В, которое необходимо для преодоления слоя диэлектрика. Разумеется, это не лучшим образом сказывается на энергопотреблении, особенно в портативных устройствах, питающихся от аккумуляторов.

При увеличении плотности ячеек для повышения  плотности записи неизбежно уменьшается  толщина диэлектрика, что позволяет  снизить напряжение записи, - но в  таком случае проблема износа становится ещё актуальнее.