автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Нелинейные тонкопленочные МДМ-элементы на основе анодного оксида алюминия для управляющих матриц индикаторных приборов

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

УДК 621.382.002 РГб од

I С ЯНО С%0

УТКИНА ЕЛЕНА АПЯОЛИНАРЬЕВНА

НЕЛИНЕЙНЫЕ ТОНКОПЛЕИОЧИЫЕ МДМ-ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ АНОДНОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЯЮЩИХ МАТРИЦ ИНДИКАТОРНЫХ ПРИБОРОВ

05.27.01 -твердотельная электроника, микроэлектроника и наноэлеюроника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Минск 2000

Работа выполнена в Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники

Научный руководитель д.т.н., профессор Сокол В.А.

Официальные оппоненты д.т.н., профессор Кслешко В.М.

к.т.н., с.н.с. Мухуров Н.И.

Оппонирующая организация: Минский научно-исследовательский

институт радиоматериалов

Защита состоится " 2 " ноября 2000 г. в 14 ^ на заседании Совета по защите диссертаций Д02.15.03 в Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники по адресу: 220027, г.Минск, ул.П.Бровки, 6, БГУИР, 1 уч.корпус, тел.239-89-89

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского . государственного университета информатики и радиоэлектроники.

Автореферат разослан сентября 20001

Ученый секретарь

совета по защите диссертаций

д.ф.-м.н., профессор

Абрамов И.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Развитие микроэлектроники и современных систем отображения информации требует создания тонкояленочных активных элементов (АЭ), обладающих новыми свойствами и возможностями. Это элементы типа металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), металл-диэлектрик-металл (МДМ), металл-дголектрик-металл-диэлектрик-металл (МДМДМ). Управляющие МДМ и МДМДМ-элементы могут применяться в схемах первичной обработай сигналов, сопряженных с тонкошшиочными датчиками и другими активными элементами, совместимыми с интегральными схемами (ИС), а также в виде управляющих матриц жидкокристаллических (ЖКИ), вакуумных люминесцентных (ВЛИ), электрохромных, плазменных индикаторов, индикаторов с автоэлектронной эмиссией, в приборах с зарядовой связью.

МДП- и МДМ-элементы могут выполнять функции усиления, генерации и преобразования сигналов, могут быть использованы в качестве конденсатора и резистора, регулируемых в определенных пределах подачей потенциала на управляющий электрод, а также как элементы переключения и памяти. Широкий диапазон функциональных возможностей этих структур особенно ценен для микроэлектроники, так как позволяет создавать сложные интегральные схемы и микросборки из однородных компонентов, изготовляемых по единой технологии.

С совершенствованием микрокалькуляторов, электронных часов и компактных индикаторных панелей значительно возрос интерес к системам отображения информации и индикаторным устройствам на их основе. Общий рынок плоских индикаторных панелей в 1996 г. составил ]2,3 млрд. долларов, а в 2002 г. ожидается его рост до 23,7 млрд. долларов. Среди таких устройств неуклонно растет доля цветных мониторов. Наиболее интенсивные работы ведутся в области создания широкоформатных иидикаторов с активной матричной адресацией. Использование тонкопленочных МДМ-элсментов позволит существенно упростить технологию формирования индикаторных устройств с использованием матриц на их основе, а также снизить ее стоимость в сравнении с матрицами МДП-элементов. Возрастающий интерес специалистов привлекает разработка конструкций и технологии изготовления устройств электронной техники, позволяющих совместить процесс формирования многоуровневой системы межсоединений (МСМ) с одновременным формированием матриц активных тонкопленочных элементов.

Анализ характеристик существующих МДМ-элементов показал, что они имеют малый срок службы, нестабильные и невоспроизводимые параметры. Для создания структур с требуемыми характеристиками и разработки на их основе промышленных образцов активных матриц для ВЛИ необходимы детальные

исследования процессов, происходящих в диэлектрике МДМ-элементов, выяснение механизма проводимости, отработка процессов формирования качественных тонких и сверхтонких слоев диэлектрика и формирование на их основе МДМ-элементов с несимметричными нелинейными вольт-амперными характеристиками (ВАХ), а также разработка новых конструктивно-технологических решений при формировании матриц тонкопленочных МДМ-элементов.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Работа выполнялась в Лаборатории гибридной технологии Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники в рамках исследовательских проектов Министерства образования РБ (1991-1999 гг ШТ01910014119, ГР19942898, ГР1997997), Республиканской научно-технической программы "Информатика" (1995-2000 гг № ПР19972666).

Целью настоящей работы являлось установление закономерностей проводимости нелинейных МДМ-злементов на основе анодного оксида алюминия в зависимости от условий их формирования, разработка теоретической модели переноса носителей заряда в таких МДМ-элементах, отработка технологических режимов формирования МДМ-элементов с нелинейными асимметричными вольт-амперными характеристиками с целью их использования в качестве управляющих элементов матричных индикаторных устройств, разработка конструкции и технологии изготовления матрицы МДМ-элементов, встроенной в анодную плату вакуумного люминесцентного индикатора.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

- исследовать влияние режимов формирования пленок анодного оксида алюминия толщиной 50-200 нм на электрофизические характеристики нелинейных управляющих МДМ-элементов на основе такого оксида;

- провести теоретический анализ механизмов проводимости МДМ-элементов с использованием пленок анодного оксида алюминия и разработать модель зарядопереноса в таких элементах;

- разработать конструктивно-технологические методы улучшения несимметричности вольт-амперных характеристик МДМ-элементов;

- разработать конструкцию к технологический процесс формирования матрицы управляющих МДМ-элементов с двухуровневой разводкой строковых и столбцовых шин для анодной платы ВЛИ.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Разработана модифицированная модель переноса электронов в МДМ-структуре с неоднородным диэлектриком (анодным оксидом алюминия) толщиной 50-200 нм в области сильного электрического поля (~(2-^-4)-108 В/м), объединяющая последовательно действующие механизмы надбарьерной эмиссии Шоттки и объемного переноса по Пулу-Френкелю.

2. Установлено, что эффективный коэффициент нелинейности ВАХ МДМ-элементов в области сильного поля, в отличие от известных моделей для подобных структур, представляет собой сумму коэффициентов нелинейности для механизмов Шоггки и Пула-Френкеля и наиболее близок к расчетному значению в случае формирования анодного оксида в электролитах на основе 1% лимонной кислоты и пентабората аммония (ЛБА) с добавлением этилеигликоля.

3. Установлено, что энергия активация проводимости оксида алюминия в МДМ-элементе в области сильного поля определяется типом электролита формовки и составляет 0,33-Ю,38 эВ для электролита на основе 1% лимонной кислоты и 0,69-Ю,72 эВ для электролитов на основе 1% лимонной кислоты или пентабората аммония с добавлением этилеигликоля. Полученные данные позволяют оптимизировать рабочий температурный режим МДМ-элементов в индикаторах и других приборах.

4. Показано, что перенос тока в МДМ-структуре с диэлектриком толщиной порядка десятков нанометров контролируется электрически активными центрами

-у границ раздела оксида с электродами за счет локальных искажений высоты потенциального барьера для Шоики-эмиссии величиной в несколько кТ, в результате чего перекос электронов через структуру приобретает локализованный, а не однородный по площади характер, и происходит увеличение эффективного коэффициента нелинейности ВАХ МДМ-элемента.

5. Установлено, что применение подслоя металла итгриевой подгруппы лантаноидов (У, Т)у, Тт и др.) толщиной до 30 нм под верхний электрод позволяет улучшить электрические параметр?,1 МДМ-элементов: повысить несимметричность ВАХ ч напряжение пробоя, снизить ток утечки и тангенс угла диэлектрических потерь оксида в МДМ-структуре.

Практическая значимость полученных результатов заключается в следующем:

1. Разработан способ формирования нелинейных МДМ-элементов с несимметричной ВАХ с использованием процесса анодного окисления алюминия. Полученные экспериментальные закономерности и предложенные конструктивно-технологические методы и рекомендации для формирования дискретных МДМ-элементов могут быть использованы при разработке гибридных и тонкопленочных схем и дискретных приборов индикаторной техники, микро-, наноэлектроники и сенсорики.

2. Предложен метод контроля несимметричности ВАХ МДМ-элементов с помощью подслоя модифицирующего металла из группы лантаноидов.

3. Разработана новая конструкция анодной платы В ЛИ, в которой матрица управляющих МДМ-элементов встроена в многоуровневую систему межсоединений. Совмещение тонкопленочных МДМ-элементов диодного типа и анодных сегментов значительно упрощает конструкцию анодной платы ВЛИ и технологию ее изготовления. Конструкция анодных сегментов обеспечивает последующее селективное осаждение катодолюминофора. Разработанная конструкция анодной платы устраняет необходимость создания дополнительной управляющей сетки.

4. Разработана недорогая, экологически эффективная технология изготовления анодной платы ВЛИ с использованием процессов анодного окисления алюминия и тонкопленочной системы тантал-алюминий, обеспечивающая формирование в едином технологическом процессе МДМ-элементов, встроенных в планарную двухуровневую систему металлизации. Предложенная технология позволяет упростить процесс изготовления анодной платы ВЛИ за счет сокращения числа операций, в частности дорогостоящих операций вакуумного и плазменного осаждения и травления. Проведено опробование предложенной конструкции анодной платы ВЛИ в НИИ знакосшгге-зирующей электроники "Волга"(г.Саратов, Россия).

Основные положении диссертации, выносимые иа защиту:

1. Процесс переноса электронов в МДМ-элементах с неоднородным диэлектриком (анодным оксидом алюминия) толщиной 50-200 нм в области сильного электрического поля (~(2^4)-108 В/м) осуществляется путем модифицированного механизма, объединяющего последовательно действующие механизмы надбарьерной эмиссии Шоттки и объемного переноса по Пулу-Френкелю.

2. Наличие локальных электрически активных центров у границ раздела оксида с электродами приводит к локальным понижениям высоты потенциального барьера величиной в несколько кТ для эмиссии Шоттки электронов в оксид, что увеличивает плотность тока и эффективный коэффициент нелинейности ВАХ МДМ-элементов.

3. Введение промежуточного подслоя металла иприевой подгруппы лантаноидов (У, Tm, Dy и др.) толщиной до 30 нм под верхний электрод позволяет контролировать несимметричность ВАХ и повысить напряжение пробоя МДМ-элементов вследствие модификации приграничного слоя анодного оксида алюминия и нейтрализации электрически активных центров в этом слое благодаря высокой химической активности такого подслоя.

4. Эффективная энергия активация проводимости оксида алюминия в МДМ-элементе в области сильного поля определяется типом электролита формовки: 0,33-Ю,38 эВ для электролита на основе 1% лимонной кислоты и 0,69-Ю,72 эВ для

электролитов на основе 1% лимонной кислоты или пеятабората аммония (ПБА) с добавлением этиленгликоля. Использование полученных электрофизических характеристик исследуемых структур позволяет определить оптимальные условия формирования нелинейных активных МДМ-элементов с требуемыми параметрами.

5. Разработанная конструкция и технологический процесс изготовления матрицы управляющих МДМ-элеменгов, встроенной в двухуровневую систему межсоединений анодной платы ВЛИ, с применением процесса электрохимического анодного окисления алюминия, позволяют совместить тонкопленочные МДМ-элементы с анодными сегментами и исключить необходимость применения управляющей сетки индикатора.

Личный вклад соискателя. Содержание диссертации отражает личный вклад автора. Он заключается в его непосредственном участии в проведении экспериментальных исследований, в разработке представленной в диссертации модели, в анализе, обобщении и интерпретации полученных результатов, в разработке конструкций матрицы МДМ-элементов, встроенной в двухуровневую систему межсоединений, и разработке технологии изготовления матрицы нелинейных МДМ-элементов с двухуровневой разводкой строковых и столбцовых щин.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертационную работу, докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Республиканский научно-технический семинар "Анод-88" (Казань, 1988), Прогрессивная технология изготовления ГИМС (Минск, 1988), Низкотемпературные технологические процессы в - электронике (Ижевск, 1990), Электрохимическая алюмооксидная технология создания микросхем (Минск, 1991), Научная конференция, посвященная 30-летию БГУИР (Минск, 1994), Современная технология ГИМС, включая элементы сверхпроводниковой электроники (Нарочь, 1994), Новые информационные технологии в науке и производстве (Минск, 1998), международных конференциях Int. Conf.on Energy, Environment and Electrochemistry (Караикуди, Индия, 1992), 13-я ежегодная конференция "Condensed Matter" (Регенсбург, Германия, 1993), 14-я ежегодная конференция "Condensed Matter" (Мадрид, Испания, 1994), Micro Mat'97, 2000. Int.Conf.and Exhibition , (Берлин, Германия, 1997, 2000), Int.Conf.on Nanometer-scale Science and Technology (NAN05) (Бирмингем, Великобритания, 1998), междуна-родная конференция Европейского материаловедческош общества "Е-MRS'1998" (Страсбург, Франция, 1998), IEEE Conf. "Circuits, Systems, Communications and Computers (CSCC'99) (Афины, Греция, 1999), 8 Int.Conf. on Electroanalysis "ESEAC'2000" (Бонн, Германия).

Опубликованность результатов. По материалам диссертации опубликовано 10 статей в научных и научно-технических журналах, 6 статей в сборниках материалов конференций, 13 тезисов докладов конференций, получено 2 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из общей характеристики работы, пяти глав с краткими выводами по каждой главе, заключения, списка использованных источников и приложения. Полный объем диссертации составляет 180 страниц, в том числе:

63 рисунка ка 64 страницах, 15 таблиц, 2 приложения на 2 страницах и библиография из 151 наименования на 11 страницах.

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы ее цель и основные задачи, изложена научная новизна й практическая значимость полученных результатов, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ литературных источников и определено современное состояние исследований в области формирования нелинейных тонкопленочных МДМ-элементов с использованием анодных оксидных пленок. Рассмотрены проблемы, связанные с формированием тонкого диэлектрика для таких элементов, а также конструктивно-технологические особенности матриц нелинейных тонкопленочных МДМ-элементов, последние достижения в области создания таких матриц, сопряженных с конструктивными элементами ячеек жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) и вакуумных люминесцентных индикаторов (ВЛИ). Особое внимание уделено проблеме создания функциональных МДМ-элементов с воспроизводимыми вольт-амперными характеристиками диодного типа, обеспечивающими эффекты управления н переключения. Проведен анализ особенностей энергетической зонной структуры аморфных анодных оксидов в МДМ-элемекгах и основных механизмов зарвдопереноса в диэлектрике на основе анодных оксидов вентильных металлов. Установлено, что основными недостатками используемых МДМ-элементов являются точечные проколы диэлектрика, неоднородность границ раздела металл-диэлектрик, их уязвимость по отношению к статическому электричеству. Кроме свойств диэлектрика, на работу МДМ-элемента существенное влияние оказывают характеристики электродов.

Рассмотрены современные конструктивные разработки в области создания матриц МДМ-элементов и их встраивания в систему межсоединений.

В заключении на основе анализа литературных данных сформулированы основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе проведен анализ особенностей процессов переноса и накопления носителей заряда в тонком анодном оксиде алюминия и активных МДМ-элементах на его основе, а также энергетической зонной структуры аморфных анодных оксидов алюминия с учетом локализованных электронных состояний в диэлектрике, обусловленных собственными топологическими дефектами аморфного диэлектрика, дефектами типа внедренных ионов электролита, оборванных связей металла и кислорода, а также поверхностных состояний на границе диэлектрика с металлом.

Представлены результаты моделирования и оценки вклада основных процессов переноса носителей заряда в тонком анодном оксиде в рассматриваемом случае несимметричной барьерной системы алюминий-анодный оксид-алюминий: туннелирование Фаулера-Нордгейма, механизмы переноса электронов Шоттки и Пула-Френкеля.

В случае идеального диэлектрика встроенные фиксированные заряды отсутствуют, и система характеризуется асимметричной энергетической зонной диаграммой, определяемой различием высоты потенциального барьера на двух границах диэлектрика с алюминием. Для диэлектриков, формируемых путем оксидирования (плазменного, химического или электрохимического) металлической подложки с участием процессов ионного переноса и обмена, характерно неравномерное распределение электрически активных центров по глубине. Анодный оксид алюминия характеризуется спадающей (вглубь пленки охеида) концентрацией преимущественно положительно заряженных центров. Исходя из проведенных в рамках данной диссертации расчетов, основанных на решении уравнения Пуассона, построены энергетические зонные диаграммы и получены вольт-амперные характеристики идеализированной МДМ-структуры без встроенных зарядов и при их наличии с неравномерным распределением по глубине, с учетом понижения потенциального барьера в результате действия сил изображения.

Выполнен расчет вольт-амперных характеристик, соответствующих инжекции электронов по механизму Шоттки из электродов в анодный оксид алюминия при отсутствии и наличии в нем встроенных зарядов. Показано, что основным каналом инжекции электронов в оксид является термоэмиссия по механизму Шоттки на прилегающие к границе раздела центры с последующим их переносом через оксид ко второму электроду. При достаточно высоком смещении (как прямом, так и обратном, но меньшем того, которое необходимо для прямого

туннелирования с уровня Ферми металла через треугольный потенциальный барьер в зону проводимости оксида) включается дополнительный канал инжекции электронов в оксид, при котором электроны попадают путем туннелирования с уровня Ферми металла на блдасайшие к границе раздела локальные центры в оксиде, расстояние которых от границы раздела с металлом при соответствующем смещении становится достаточно малым для такого туннелирования (менее ~5нм). Далее электроны либо вытягиваются с этих центров приложенным внешним полем непосредственно в зону проводимости диэлектрика, либо осуществляется их прыжковый перенос между центрами вплоть до второго электрода.

Неравномерность концентрации таких центров по толщине оксида создает особые условия для инжекции электронов в оксид с верхнего и нижнего электродов. Поскольку концентрация центров выше у верхнего электрода, интенсивность инжекции электронов в оксид с промежуточным туннелированием на эти центры будет существенно выше со стороны верхнего электрода. При достаточно высоком приложенном внешнем поле дальнейший перенос электронов, инжектированных в оксид, осуществляется посредством их вытягивания с ловушечных центров в зону проводимости диэлектрика по механизму Пула-Френкеля.

Предложен метод уменьшения обратных токов МДМ-структуры за счет модификации электрофизических свойств границы раздела оксид-верхний электрод: во-первых, следует добиваться увеличения высоты потенциального барьера на этой границе; во-вторых, необходимо снижать количество центров в прилегающей к этой границе области оксида, через которые осуществляется избыточная прямая туннельная и термозмиссионная инжекция электронов в оксид. Такая цель может быть достигнута при введении промежуточного тонкого (толщиной около 30 нм) слоя оксида одного из редкоземельных металлов, преимущественно иттриезой подгруппы: У, Тт, Бу и др. Образование такого оксида может происходить в результате восстановления алюминия из его оксида более электроотрицательным редкоземельным металлом без дополнительной термообработки. Образующийся тонкий слой оксида РЗМ не только повышает барьер для Шоттки-эмиссии и туннелирования Фаулера-Нордгейма, но в определенной степени может нейтрализовать электрически активные центры оксида там, где их концентрация наиболее высока - в приконтактной области оксида, - в результате образования устойчивых комплексов РЗМ-дефект (типа внедренных ионов электролита, гидроксильных 1рупп и т.д.).

На основе проведенного анализа особенностей энергетической зонной диаграммы и механизмов переноса электронов в рассматриваемых структурах в работе предложена следующая обобщенная. схема токопереноса. Во-первых, электроны инжектируются из металлических электродов в диэлектрик посредством механизма термоэмиссии Шогтки, либо посредством прямого

туинелирования в запрещенную зону диэлектрика, либо на ловушечные центры диэлектрика. Далее перенос электронов в диэлектрике происходит тремя путями: 1) прямым транспортом электронов в зоне проводимости, 2) посредством механизма Пула-Френкеля, 3) путем туннельных перескоков между центрами. Критическими параметрами при этом являются: высота потенциального барьера на границах диэлектрика с электродами, энергетическое положение и профиль концентрации ловушечных центров в диэлектрике.

Начальный участок вольт-амперной характеристики, определяемый квазиомическим прыжковым переносом между центрами, контролируется инжекцией электронов из электродов на уровни таких центров. Это позволяет проанализировать качественный характер температурной зависимости вольт-амперных характеристик, а также наблюдавшееся на опыте соотношение прямого и обратного токов МДМ-элементов на данном участке ВАХ.

При повышении напряжения основной вклад в перенос электронов в структуре начинают вносить механизмы полевой эмиссии электронов в зону проводимости диэлектрика. Основными каналами токопереноса выступают механизмы с участием ловущечных и иных дефектных центров в диэлектрике, причем инжекция электронов в диэлектрик контролируется границами его раздела с электродами.

Разработанный в рамках данной работы модифицированный механизм Пула-Френкеля-Шотгки включает последовательное действие механизма термоэмиссии Шотгки из электрода в оксид и дальнейшего их перекоса по механизму Пула-Френкеля и представляется следующей обобщенной ВАХ:

(ГРь-Е.) к-Т

ехр

' К-

0)

к-Т

где эффективный коэффициент нелинейности:

---Рпф+РШ, (2)

срь - высота потенциального барьера границы раздела электрод-оксид, Аэф -эффективная постоянная инжекции, определяемая смешанным характером термоэмиссии электронов с уровня Ферми металла электрода на локальные центры в запрещенной зоне оксида (£,) и переносом электронов в зоне проводимости оксида

Таким образом, эффективное значение коэффициента р,ф в данном случае определяется комбинированным вкладом таких параметров для Шоггки-эмиссии и механизма Пула-Френкеля, что объясняется в рамках разработанной нами модели их последовательным действием для доминирующего механизма переноса

электронов путем термеполевой эмиссии из металлического электрода на центры в диэлектрике и полевой эмиссии с этих центров в зону проводимости диэлектрика. Для предложенного комбинированного механизма токопереноса выполнены расчеты температурных, зависимостей ВАХ.

Проведен анализ влияния локальных флуктуаций распределения центров в оксиде на процесс токопереноса. Эмиссия Шоттки с базового электрода, происходящая преимущественно в местах локального понижения барьера, будет характеризоваться несколько другим значением коэффициента ¡} в формуле (1) ввиду локальных искажений потенциального профиля (рис.1) и соответствующего электрического поля и приближаться к значению р„ф.

Рис.]. Двумерная энергетическая зонная диаграмма границы раздела металл/диэлектрик с неоднородно распределенными зарядовыми центрами.

На основании теоретического анализа выработаны рекомендации для технологических процессов формирования нелинейных МДМ-элементов выпрямляющего типа на основе анодного оксида алюминия.

В третьей главе рассмотрены вопросы общей и специальной подготовки образцов, методики и техника их анализа. В качестве подложек при формировании тестовых МДМ-элементов использовали пластины из термосгойкого стекла и ситачла после механической очистки и лерекисно-аммиатаой обработки. Пленки металлов (Та, А1, У, Бу, Тт) осаждали методом вакуумного испарения. Пленки диэлектрика МДМ-элементов, а также межуровневой и межкомпонентной изоляции получали методом электрохимического анодного окисления в потенциостатическом режиме в двухэлектродной ячейке. Для формирования плотного анодного оксида использовали электролиты на основе лимонной, винной кислот и пентабората аммония, а для формирования пористого анодного оксида -электролиты на основе Н3РО4 и Н2С2О4. Для исследования внедрения примесей в

анодные оксидные, пленки алюминия были выбраны методы лазерного эмиссионного анализа (ЛЭА) и электронной спектроскопии для химического анализа (ЭСХА). Для качественного определения содержания примесей и общего элементного состава анодной пленки А120з барьерного типа в сравнении с исходной пленкой алюминия на ситалловой подложке использовался метод ЛЭА. Для оценки элементного состава АОП А1 использовался метод ЭСХА. Метод спектрофотометрии на отражение и рассеяние в видимом и ближнем УФ-диапазоне (220-850 нм) использовался для определения показателя преломления и характеристик рассеяния АОП. Разработана методика измерения вольт-амперных и емкостных характеристик МДМ-структур.

В выводах по главе отмечено, что методика подготовки экспериментальных образцов, использование представленных методов анализа и исследования анодного оксида алюминия и сформированных МДМ-элементов позволяют получить достоверную многостороннюю информацию о закономерностях формирования и электрофизических характеристиках нелинейных МДМ-элементов.

В четвертой главе на основании измеренных электрических характеристик (напряжения пробоя и коэффициента' нелинейности ВАХ) тестовых МДМ-элементов с АОП А1 толщиной 50-200 нм, полученных в электролитах девяти основных типов, были выбраны растворы на основе 1% лимонной кислоты и 17 % пентабората аммония в этиленгликоле (ЭГ).

Исследования влияния состава и условий анодирования на структуру АОП А1 показали, что внешняя область оксида включает анионы электролита и частично гидратирована, в то время как внутренняя представляет собой оксид с составом, близким к А120з. Установлено влияние типа используемого для анодирования электролита на стехиометрию пленки оксида. Наиболее близкий к А1гОз состав обеспечивают электролиты выбранного состава.

Полученные результаты по температурной зависимости прямого тока МДМ-струкгур, полученных в различных электролитах, в сопоставлении с исследованиями элементного и фазового состава оксида, согласуются с предложенной в данной работе (глава 2) моделью комбинированного переноса электронов, включающего инжекцию электронов с электрода по механизму Шоттки на центры в оксиде с последующим их переносом путем прыжкового механизма при малых напряжениях и модифицированного механизма Пула-Френкеля при более высоких напряжениях.

На основании температурных зависимостей ВАХ в диапазоне температур 293-383 К определена энергия активация - проводимости оксида алюминия для механизма Пула-Френкеля в 'зависимости от типа электролита формовки. Для электролита на основе 1% лимонной кислоты энергия активации составляет 0,33-

0,3В эВ и не зависит от толщины диэлектрика. Для электролитов на основе 1% лимонной кислоты + ЭГ, а также ПБА+ЭГ ее величина составляет 0,69-0,72 эВ.

Исследование характеристик токопереноса и емкости МДМ-элементов без подстоя и с подслоем РЗМ (У, Оу, Тт) продемонстрировало улучшение электрических характеристик: напряжения пробоя, тока утечки структур и тангенса угла диэлектрических потерь оксида. При введении подслоя Тт при формировании верхнего электрода происходит увеличение емкости МДМ-структуры в результате частичного восстановления исходного оксида алюминия более электроотрицательным Тш и образования соответствующего промежуточного слоя оксида.

• Сопоставление оптических (спектры отражения и рассеяния) и емкостных характеристик тонкопленочных систем алюминий-анодный оксид алюминия барьерного типа свидетельствуют как о неоднородности электрофизических параметров оксида по толщине, так и о влиянии микронеоднородностей границы раздела оксид-алюминий. Установлена зависимость величины относительного коэффициента отражения в диапазоне длин волн 220-850 нм от типа электролита формовки: содержащие этиленгликоль электролиты дают пленки оксида с более высоким значением этого коэффициента.

На основании результатов измерений ВАХ, а также емкостных измерений и расчетов энергии активации проводимости, сделан вывод, что оптимальные параметры для формирования МДМ-структур диодного типа обеспечивают электролиты на основе лимонной кислоты, в частности, 1% лимонной кислоты без добавки ЭГ.

В пятой главе представлены конструктивные особенности индивидуальных МДМ-элементов, а также матрицы МДМ-элементов с двухуровневой разводкой строковых и столбцовых шин (рис.2), встроенной в анодную плату ВЛИ.

<

шина

РЗМ

А1

Та

столбцовая шина

пористый А^Оз

Рис.2. Схематическое изображение единичного анодного сегмента со встроенным МДМ-элементом.

Разработана новая конструкция и топология анодной платы ВЛИ с матрицей МДМ-элементов, встроенных в планарную двухуровневую систему межсоединений, отличающаяся тем, что МДМ-элементы совмещены с анодными сегментами и исключается необходимость создания дополнительной управляющей сетки. С целью повышения надежности матрицы конструкция предусматривает резервирование МДМ-элементов по строковым шинам.

По разработанной топологии изготовлен комплект фотошаблонов. Использование верхних электродов тонкопленочных МДМ-диодов в качестве анодных сегментов и межсоединений верхних электродов диодоз в качестве межсоединений анодных сегментов значительно упрощает конструкцию анодной платы ВЛИ и технологию ее изготовления, обеспечивает последующее селективное осаждение люминофора. Совмещение анодных сегментов с МДМ-элементами, а также отсутствие необходимости создания управляющей сетки анодных сегментов ВЛИ позволяет увеличить эффективность использования полезной площади информационного поля анодной платы.

Разработана технология изготовления анодной платы ВЛИ с использованием процессов анодного окисления алюминия и системы тантал-алюминий, обеспечивающая формирование в едином технологическом процессе МДМ-элементов, встроенных в планарную двухуровневую систему металлизации. Изготовлены экспериментальные образцы матрицы МДМ-элементов, встроенной в анодную плату ВЛИ. Отработана технология формирования матрицы МДМ-элементов с нелинейными асимметричными ВАХ диодного типа с использованием подслоя модифицирующего металла из группы лантаноидов.

Это обеспечивает расширение функциональных возможностей анодной плата от изготовления микрокалькуляторов до широкоформатных индикаторных панелей. Кроме того, разработанный конструктивно-технологический подход может быть использован при создании других типов плоских индикаторных устройств, например, электролюминесцентных, жидкокристаллических и т.п.

В выводах по главе отмечено, что результаты проведенных исследований по разработке конструкций и технологии изготовления матрицы нелинейных МДМ-элементов на основе анодных оксидов алюминия и тантала используются в учебном процессе на кафедре микроэлектроники БГУИР. Проведено опробование предложенной конструкции анодной платы ВЛИ в НИИ знакосинтезирующей электроники "Волга" (г.Саратов, Россия), что подтверждено соответствующими актами внедрения и использования.

ВЫВОДЫ

1. Разработан способ формирования нелинейных МДМ-элементов с несимметричной ВАХ с использованием процесса анодного окисления алюминия [1, 3, 28, 29]. На основании изучения электрофизических характеристик экспериментальных структур определены оптимальные режимы получения тонкого (50-200 нм) анодного оксида алюминия в электролитах на основе лимонной кислоты и пентабората аммония [3, 4, 6,32, 17, 19, 21]. Установлено, что энергия активация проводимости оксида алюминия в МДМ-элементе в области сильного поля (~(2^4)' 1С8 В/'м) определяется типом электролита формовки: 0,33-Ю,38 эВ для электролита на основе 1% лимонной кислоты и 0,69-Ю,72 эВ для электролитов на основе 1% лимонной кислоты или пептабората аммония с добавлением этиленгликоля [3,18].

2. Разработана модифицированная модель переноса электронов в МДМ-струкгуре с неоднородным диэлектриком (анодным оксидом алюминия) в области сильного электрического поля, объединяющая последовательно действующие механизмы надбарьериой эмиссии Шотгки и объемного переноса по Пулу-Френкелю. Установлено, что эффективный коэффициент нелинейности ВАХ представляет собой сумму таких коэффициентов для механизмов Шотгки и Пула-Френкеля и наиболее близок к расчётному значению в случае формирования анодного оксида в электролитах на основе 1% лимонной кислоты и пенгабората аммония (ПБА) с добавлением этиленгликоля [2, 8,11, 22, 24].

3. На основании анализа двумерной энергетической зонной модели МДМ-струюгуры с неоднородным диэлектриком показано, что электрически активные центры у границ раздела оксида с электродами вызывают локальные понижения высоты потенциального барьера для Шоттки-эмиссии величиной в несколько кТ, приводящие к увеличению плотности тока, а также эффективного коэффициента нелинейности ВАХ МДМ-элемента [8,10,27]. Установлено, что введение подслоя металла штриевой подгруппы лантаноидов (У, Е)у, Тт. и др.) толщиной до 30 нм под верхний электрод позволяет улучшить электрические параметры МДМ-элементов: повысить несимметричность ВАХ и напряжение пробоя, снизить ток утечки и тангенс угла диэлектрических потерь оксида в МДМ-структуре [7, 22,27, 31]. '

4. Разработана новая конструкция анодной платы ВЛИ, в которой матрица управляющих МДМ-элементов встроена в многоуровневую систему межсоединений [1, 5, 9,10]. Совмещение тонкопленочных МДМ-элементов диодного типа и анодных сегментов значительно упрощает конструкцию анодной платы ВЛИ и технологию ее изготовления. Конструкция анодных сегментов обеспечивает последующее селективное осаждение катодолюминофора. Разработанная

конструкция анодной платы устраняет необходимость создания дополнительной управляющей сетки [23, 25. 26, 30].

5. Разработана недорогая, экологически эффективная технология изготовления анодной платы ВЛИ с использованием процессов анодного окисления алюминия и тонкопленочной системы тантал-алюминий, обеспечивающая формирование в едином технологическом процессе МДМ-элементов, встроенных в планарную двухуровневую систему металлизации [5. 20, 25, 30]. Предложенная технология позволяет упростить процесс изготовления анодной платы ВЛИ за счет сокращения числа операций, в частности дорогостоящих операций вакуумного и плазменного осаждения и травления. Полученные экспериментальные закономерности и предложенные конструктивно-технологические методы и рекомендации для формирования дискретных МДМ-элементов могут быть использованы при разработке гибридных и тонкопленочных схем и дискретных приборов индикаторной техники [13, 16] микро-, наноэлектроники [14, 15, 26] и оптоэлект-роники [24].

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ Статьи и материалы конференций

1. Сокол В.А., Воробьева А.И., Уткина Е.А. Активные элементы, изготовленные по тонкопленочной и совмещенной технологии // Зарубежная радиоэлектроника.- 1988.- №12.- С. 77-98.

2. Hopping electrical conductivity in the Al-anodic A1203-A1 system / V.P.Parkhutik, V.A.Sokol, V.V.Shershulski, E.A.Utkina, A.I.Vorobyova // Phys.Stat.Solidi(a).-1989.- V.l 14.- P.K33-36.

3. Сокол B.A., Воробьева А.И., Уткина E.A. Влияние анионов электролита на свойства тонких пленок анодного оксида алюминия // Изв.АН БССР. Сср.физ.-техн. наук,- 1990.- Вып.2,- С.70-76.

4. Воробьева А.И., Уткина Е.А., Ходин А.А. Особенности* оптико-физических характеристик пленочных систем алюминий-тонкий анодный оксид // ЭТ. Сер.6, Материалы,- 1991.-Вып.10(264).- С.55-58.

5. Сокол В.А., Воробьева А.И., Уткина Е.А. Матрица тонкопленочных МДМ-элементов, встроенная в анодную плату ВЛИ // Техника средств связи. Сер.ТПО,- 1991.- Вып.3.- С.15-22.

6. Sokol Y.A., Vorobyova A.I., Utkina Е.А. Opto-eleetronic properties of anodized aluminium oxide-aluminium thin films for display devices // Bulletin Electrochem.-1994,-№10(11-12).- P.515-517.

7. Сокол B.A., Воробьева А.И., Уткина E.A. Матрица МДМ-элементов для средств отображения информации // Научная конференция, посвященная 30-летию БГУИР: Материалы, конф., Минск, 15-18 февраля 1994г. / БГУИР.-Минск, 1994,- С.167-168.

8. Vorobyova A.I., Outkina Е.А. Electron transport and interface properties of MDM structures based on anodic oxides of A1 and Та // Веснис сувязь- 1996.- №2,- C.37.

9. Vorobiova A.I., Utkina E.A. Matrix of MIM elements with anodic aluminium oxide for vacuum luminescent displays // Turkish Journal Physics.- 1996,- V.20, №4.-P.400-403.

10. Vorobyova A.I., Outkina E.A. MDM active matrix for vacuum luminescent displays // Изв. Бел.инж.академии.- 1996,-№1,- C.22-24.

11. Outkina E.A. Electrophysical properties of Si/Al and Та anodic oxide structures // Изв.Бел.инж.академии.- 1997.-№l(3)/3.- C.28-29.

12. Vorobyova A.I., Outkina E.A. Properties of silicon photocells with anodic oxides of aluminium and tantalum // Micro Mat'97: Proceed, of Int. Conf. and Exhibition, Berlin (Germany), April 16-18, 1997 / Berlin (Germany), 1997.- P.85.

13. Vorobyova A.I., Outkma E.A. Study of pillar microstructure formation with anodic oxides // Thin Solid Films.- 1998- V.324.- P.l-10.

14. Сокол B.A., Воробьева А.И., Уткина E.A. Формирование структурированных нанослоев на основе анодных оксидов алюминия и тантала // Изв. Бел. инж. акад. - 1998,- №2(6)/2.- С.103-105.

15. Сокол В.А., Воробьева А.И., Уткина Б Л. Использование структурированных слоев при создании матрицы управляющих тонкопленочных МДМ-элементов // Новые информационные технологии в науке и производстве: Материалы конф., Минск, 24-27 ноябрь 1998 г. / БГУИР.- Минск, 1998,- С .341-342.

16. Vorobyova A.I., Outkina E.A. Pillared microstructures of Al and Ta anodic oxides -advanced system for display technology /I Micro Mat'2000: Proceed, of Int. Conf. and Exhibition, Berlin (Germany), April 17-19, 2000 / Berlin (Germany), 2000.-P.54.

Тезисы докладов

П.Воробьева А.И., Уткина E.A. Формирование анодных оксидных пленок алюминия для структур металл-диэлектрик-металл // Анод-88: Тез.докл.респ.н,-т. семинара, Казань, 16-20 февр. 1988г. / Казань, 1988.- С.136-138.

18. Сокол В.А., Воробьева А.И., Уткина Е.А. Температурная зависимость проводимости анодных оксидных пленок алюминия, сформированных в различных электролитах // Прогрессивная технология изготовления гибридных интегральных микросхем: Тез.докл.респ.н-т.семинара, Минск, 1988г. / Минск, 1988,- С.99-100.

19. Сокол В.А., Воробьева А.И., Уткина Е.А. Оптические характеристики барьерных пленок анодного окисла алюминия // Низкотемпературные технологические процессы в электронике: Тез. докл. Всес. н-т. семинара. -Ижевск, 5-7 июня 1990 г. / ИГУ-Ижевск, 1990.- С.14-16.

20. Сокол В.А., Воробьева А.И., Уткина Е.А. Технологические особенности создания • матрицы тонкопленочных МДМ-элементов // Электрохимическая аиомооксидная технология создания микросхем: Тез. докл. Межотраслев. н-т.семинар, Минск, 23-26 сентября, 1991г. / МРТИ.-Минск, 1991.- С.98-99.

21.Sokol V.A., Vorobyova A.I., Utkina Е.А. Optical and electrophysical features of thin film aluminium anodic oxide-aluminium systems used in display devices technology //. Energy, Environment and Electrochemistry; Abstract Int.Conf., Karaikudi,10-12 February 1993 / Karaikudi - India, 1993.- P.A47.

22,Sokol V.A., Vorobiova A.I.,Utkina E.A. Transport phenomena in thin film systems aluminium-anodic alumina-rare earth metal-aluminium // Condensed Matter Division: Abstract 13л General Conf. Regensburg, March 29- April 2, 1993 / Regensburg, Germany, 1993.-V.17A,- P.1573.

is

23.Сокол B.A., Воробьева А.И.,Уткина Е.А. Усовершенствованная матрица МДМ-элементов для БЛИ // Современная- технология гибридных интегральных микросхем, включая элементы сверхпроводниковой электроники: Тез.докл.З-й межд.н.-т.конф., Нарочь, сентябрь ! 994 г. / Минск-Нарочь, 1994.- С.115-116.

24.0utkina Е.А., Vorobyova A.I. Charge build-in and photoresponse of aluminiumsilicon system under electrochemical anodization // Condensed Matter Division: Abstract 14th General Conf., Madrid, 28-31 March, 1994 / Madrid, Spain, 1994,-P.031.

25. Outkina E.A., Vorobyova A.I. Active matrix display with thin film pillared microstructures of A1 and Та anodic oxides // Nanomctcr-scale Science and Technology (NAN05): Abstract 5th Int.Conf., Birmingham, 31 August-4 September 1998 / Birmingham (UK), 1998,- P.56.

26. Vorobyova A.I., Outkina E.A. Nanostructures for FED's fabricated by electrochemical anodizing of Ta-Al thin films // Nanometer-scale Science and Technology (NAN05): Abstracts of 5th Int.Conf.,'"Birmingham, 31 August-4 September 1998/ Birmingham (UK), 1998.- P.56.

27. Outkina E.A., Vorobyova A.I. Active matrix display with pillared nanostructures of -A1 and Та anodic oxides // E-MRS: Abstract Spring Meeting, June 16-19, Strasburg,

1998 / Strausburg (France), 1998,- P.56.

28.Sokol V.A., Vorobyova А.1., Outkina E.A. Asymmetric MDM elements with A1 and Та anodic oxides for active matrix devices // Circuits, Systems, Communications and Computers (CSCC'99): Abstract of (CSCC'99), Athens, Greece, July 4-8, 1999 / Athens, Greece, 1999,- P. 155.

29. Vorobyova A.I., Outkina E.A. Chrono-voltamperometry as a method of metal-metal thin film systems investigation // ESEAC'2000: Abstract of Int.Conf. Electroanalysis, Bonn, Germany, 15-11 June, 2000 / Bonn, Germany, 2000.- P.84.

30. А.с.№ 1762680, МКИ5 Н01 J 17/49. Анодная плата вакуумного катодолюми-* несцентного индикатора / Сокол В.А., Воробьева А.И., Уткина Е.А., Хлыстов

С.Г. (СССР); Заявлено 27.11.1989; 0публ.15.05.1992. - 12с.

31. A.c. №1616366, МКИ5 H01J 1/133. Структура металл-дизлекгрик-металл для жидкокристаллических индикаторных устройств / Сокол В.А., Воробьева А.И., Уткина Е.А.(СССР); Заявлено 30.01.1989; 0публ.22.08.1990.- Юс.

Авторские свидетельства

РЗЗЮМЕ

Угона Алена Лпалшар'еуна, "Нелшейныя тонкаплёнкавыя МДМ-элементы на падставе аноднага аксщу алюмнш для гаругочых матрыц ¡ндыкатарных прыборау".

Ключавыя словы: юруючыя МДМ-элементы, зонная дыяграма, перанос зараду, анодны аксщ алюмш^я, вольт-амперная характарыстыка, матрица, кафщ1ент нелшейнасш, энерпя актывацык

Праведзены анал13 асабл1васцяу энэргетычнай зонной дыяграмы 1 мехашзмау пераноса электрона)? у структурах, яюя разглядаюцца, I распрацавана абагульнёная схема пераносу тока, якая аб'ядноувае паслядоунае дзеянне мехашзму: шжэкцьи электрона^ з метал1чных электрода^ у диэлектрик з дапамогай тэрмаэмкп Шоты 1 перанос электронау у дыэлектрыке з дапамогай мехашзму Пула-Фрэнкеля. Прапаяавакая мадаль пераносу электронау у МДМ-структурах, як1я даследуюцца, узгадняецца з атрыманым! экспериментальным! рэзулыатани вымярэнняу тэмпературнай залежнасщ прамога току МДМ-структур, атрыманых у розных электр агитах, у сапастауленш з даследавашти элементнага 1 фазавага складу агаду.

Распрацаваны спосаб кантролю неаметрычпасщ ВАХ МДМ-элемента^ з дапамогай падслою металу ¡трыевай падгрупы лахгганощау (РЗМ). Падчас увядзсння падслою РЗМ (1)у, У, Тш) над верхш электрод паляпшаюцця электрычныя параметры структур: павышаецца напруга прабою, зшжаецца ток Уцечи и тангенс вугла дыэлектрычных стратау акыда у вышку мадыф!кацг>л прытрашчнага слою аксщу алюмния.

Параунальнае даследаванне ёмкасных ) аптычных характеристик тонкаплёнкавых астэм алюмшШ-анодны аксщ алюмипя бар'ернага тыпу у дыяпазоне даужыш хваль 220-850 нм сведчыць аб неаднароднасщ электрафшчных параметрау 1 марфалогп акада 1 мяжы падзелу аксщ-алютнш.

На падставе тэмпературных залежнасцяУ ВАХ у дыяпазоне тэмператур 293383 К вызначана энэргм актывацьн правадймасщ аксща алюмппя для мехашзму Пула-Фрэнкеля у залежнасщ ад тыну электрал1ту фармоум для аксщау рознае таушчыш. Зыходзячы з атрыманых электрафшчных характарыстык структур, як)я даслсдавшпся, выбраны аптымальны склад электр алпу для фармавання нелшейных актыуных МДМ-элемента? з патрабуемым! параметрам!.

Праведзена даследаванне уплызу технатапчных рэжымау фарм1равання дыэлектрыку 1 электрода)? МДМ-элемента^ на ¡х электраф1з1чныя 1 аптычныя характарыстым.

Распрацаваная простая ! танная канструкцыя 1 тэхналопя вырабу юруючай матрицы нелшейных МДМ-элементау на падставе анодных акадау алюмш1ч для матричных ¡ндыкатарных прыстасавання^, даследаваныя электрычныя характарыстьш дадзенай матрыцы.

РЕЗЮМЕ

Уткина Елена Апполинарьевна, "Нелинейные тонкопленочные МДМ-элементы на основе анодного оксида алюминия для управляющих матриц индикаторных приборов".

Ключевые слова: управляющие МДМ-элементы, зонная диаграмма, зарядоперенос, анодный оксид алюминия, вольт-амперная характеристика, матрица, коэффициент нелинейности, энергия активации.

Проведен анализ особенностей энергетической зонной диаграммы и механизмов перекоса электронов в рассматриваемых структурах, и разработана обобщенная схема токопереноса, объединяющая последовательное действие механизма инжскции электронов из металлических электродов в диэлектрик посредством термоэмиссии Шотпси, и перенос электронов в диэлектрике посредством механизма Пула-Френкеля. Предложена модель переноса электронов в исследуемых МДМ-структурах, которая согласуется с полученными экспериментальными результатами измерений температурной зависимости прямого тока МДМ-структур, полученных в различных электролитах, в сопоставлении с исследованиями элементного и фазового состава оксида.

Разработан способ контроля несимметричности ВАХ МДМ-элементов с помощью подслоя метачла иприевой подгруппы лантаноидов (РЗМ). При введении подслоя РЗМ (Е)у, У, Тт) под верхний электрод улучшаются электрические параметры структур: повышается напряжение пробоя, снижаются ток утечки и тангенс угла диэлектрических потерь оксида в результате модификации приграничного слоя оксида алюминия.

Сравнительное изучение емкостных и оптических характеристик тонкопленочных систем алюминий-анодный оксид алюминия барьерного типа в диапазоне длин волн 220-850 нм свидетельствуют о неоднородности электрофизических параметров и морфологии оксида и границы раздела оксид-алюминий.

На основании температурных зависимостей ВАХ в диапазоне температур 293-383 К определена энергия активация проводимости оксида алюминия для механизма Пула-Френкеля в зависимости от типа электролита формовки для оксидов различной толщины. Исходя из полученных элекгрофизйческих характеристик исследуемых структур выбран оптимальный состав электролита для формирования нелинейных активных МДМ-элементов с требуемыми параметрами.

Проведено исследование влияния технологических режимов формирования диэлектрика и электродов МДМ-элеменгов на их электрофизические и оптические характеристики.

Разработана простая и дешевая конструкция и технология изготовления управляющей матрицы нелинейных МДМ-элементов на основе анодных оксидов алюминия для матричных индикаторных устройств, исследованы электрические характеристики данной матрицы.

SUMMARY

Outkina Elena Appolinariyevna, "Nonlinear thin-film MDM-elements based on aluminium anodic oxide for control matrices of display devices".

Key words: control MDM-elements, band diagram, charge transport, aluminium anodic oxide, current-voltage characteristic, matrix, nonlinearity factor, activation energy.

Analysis of energy bajid diagram features and electron transport mechanisms in considered structures has been performed, and generalized charge transport scheme combining the sequential action of electron injection from metal electrodes into the dielectric layer by means of Schottky thermionic emission mechanism and electrons transport in the dielectric by means of Pool-Frenkel mechanism has been developed. The model of electron transport in investigated MDM-structures has been proposed which is in agreement with obtained experimental measurements of forward current temperature dependence for MDM-structures obtained in various electrolytes, taking into account results of investigation of elemental and phase composition of the oxide.

The technique of MDM-elements' current-voltage characteristics asymmetry control using the underlayer of the metal of yttrium subgroup of lanthanides (REM) has been developed. Under introduction of REM (Dy, Y, Tm) underlayer beneath the upper electrode, electrical parameters of the structures are improved. Due to modification of aluminium oxide near-interface layer, breakdown voltage is increased, leakage current and dielectric losses of the oxide are decreased.

Comparative study of capacitance and optical characteristics of thin-film aluminium- barrier-type aluminium anodic oxide system in the wavelength range 220 to 850 nm is evident of non-uniformity of electrophysica! parameters and morphology of oxide and aluminium-oxide interface.

Based on the temperature dependence of current-voltage characteristics in the temperature range 293 to 383 K, the aluminium oxide conductivity activation energy has been determined for the Pool-Frenkel mechanism depending on the forming electrolyte type for oxides of various thickness. The optimum electrolyte composition for nonlinear active MDM-elements fabrication with required parameters has been selected using obtained electrophysical characteristics of investigated structures.

Investigation of MDM-elements' dielectric and electrodes formation processing regimes influence on their electrophysical and optical characteristics has been performed.

The simple and inexpensive design and fabrication technique of nonlinear MDM-elements matrix based on aluminium anodic oxide for matrix display devices have been developed, the electrical characteristics of given matrix have been investigated.