Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Тёрнер Э. -> "Биосенсоры: основы и приложения" -> 217

Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.

Тёрнер Э., Карубе И., Уилсон Дж. Биосенсоры: основы и приложения — М.: Мир, 1992. — 614 c.
Скачать (прямая ссылка): biosensoriosnoviiprilojeniya1992.djvu
Предыдущая << 1 .. 211 212 213 214 215 216 < 217 > 218 219 220 221 222 223 .. 355 >> Следующая

заземлить, то система выйдет из равновесного состояния и уровни Ферми
металла и кремния разделятся, причем разность между ними будет
пропорциональна приложенному напряжению. Система становится, таким
образом, своеобразным заряженным конденсатором, заряженными пластинами
которого являются металл и полупроводник.
Если к металлу приложен отрицательный потенциал, а кремний заземлен, то
создающееся электрическое поле будет притягивать положительно заряженные
дырки в кремнии к границе раздела кремний-диэлектрик, а электроны
металла-к границе металл-диэлектрик. На рис. 26.4, а представлена
диаграмма энергетических зон такого состояния, известного под названием
"накопление". Символами ( + ) вблизи валентной зоны обозначены
накопленные на границе раздела кремний - диэлектрик дырки. Обратите
внимание на то, что, поскольку на диаграммах более высокоэнергетические
электроны принято располагать выше, уровень Ферми металла оказывается
выше уровня Ферми кремния, несмотря на более низкую энергию электронов
металла. Здесь
Е0, вакуумный уровень
ЧфМ
I I Чф5
9ФВ I j
Рис. 26.3. Диаграмма энергетических зон идеальной структуры металл -
диэлектрик - полупроводник в отсутствие разности потенциалов.
Металл Изолятор Полупроводник
25*
388
Глава 26
Металл
Полупроводник
ef-
-Ес Ei 'Ер ' Ev
С( ¦ Накопление Va<0
Рис. 26.4. Диаграмма энергетических зон структуры МДП в состоянии
накопления (а), обеднения (б) и инверсии (в).
Ес
6. Обеднение EF Va>0 Ev
¦ Ес ¦Ei
¦ Ер
¦Ev
в: Инверсия Ve"0
целесообразно рассмотреть также форму энергетических зон на диаграмме.
Отрицательный потенциал резко снижает концентрацию дырок на границе
раздела кремний-диэлектрик; следовательно, на последней уровень Ферми
должен сдвигаться ближе к валентной зоне. Поскольку в кремнии носители
зарядов находятся в тепловом равновесии (в противном случае возник бы
электрический ток, который опять-таки привел бы к равновесию), то уровень
Ферми в кремнии должен быть плоским; следовательно, валентная зона должна
искривляться в сторону уровня Ферми. Поскольку для данного материала
разность Eg энергий между валентной зоной и зоной проводимости постоянна,
то вблизи границы раздела зона проводимости также должна искривиться.
Аналогично, поскольку собственный уровень Ферми располагается посередине
между зоной проводимости и валентной зоной, то вблизи границы раздела он
также должен отклониться вверх. В металле в силу высокой концентрации
электронов и большой плотности свободных энергетических уровней уровень
Ферми остается постоянным вплоть до самой границы раздела.
Если к металлу приложен небольшой положительный потенциал (относительно
полупроводника), то электрическое поле смещает подвижные носители
положительного заряда (дырки) от границы раздела кремний-диэлектрик; это
явление называют обеднением. Поскольку концентрация дырок в кремнии
вблизи границы раздела уменьшена, то уровень Ферми должен сместиться
дальше от валентной зоны. Таким образом, как это показано на рис. 26.4,
б, вблизи границы раздела энергетические зоны смещаются вниз. Возникающая
область обеднения будет иметь отрицательный результирующий заряд,
поскольку отрицательно заряженные легирующие атомы не могут двигаться в
электрическом поле.
Если величина положительного потенциала на металле возрастет, то вблизи
границы раздела энергетические зоны отклонятся вниз в еще большей
степени. Как
Химически чувствительные полевые транзисторы
389
показано на рис. 26.4, в, при некоторой величине потенциала собственный
уровень Е{ опустится ниже уровня Ферми EF. В точке, где уровень Ферми и
собственный уровень равны, концентрации дырок и электронов также будут
равны. Если же уровень Ферми опустится ниже собственного уровня, то
вблизи границы раздела концентрация электронов превысит концентрацию
дырок, и в этой области кремний p-типа превратится в кремний и-типа.
Такое явление обычно называют инверсией, а тонкий слой кремния и-типа -
инверсионным слоем. На рис. 26.4, в символами ( -) обозначены электроны в
инверсионном слое.
На рис. 26.3 разность потенциалов, вызывающая инверсию (т. е. отклонение
собственного уровня до уровня Ферми), обозначена как фР. В последующем
анализе ДЗПТ более полезным будет понятие о "сильной инверсии",
соответствующей смещению зон на границе раздела на 2с/фР. Поскольку между
плотностью электронов на границе раздела и величиной (?) - ?Р) существует
экспоненциальная зависимость, то после точки сильной инверсии плотность
электронов в инверсионном слое возрастает чрезвычайно быстро. По этой же
причине, если разность потенциалов превышает необходимую для сильной
инверсии, дальнейшее смещение зон будет незйачительным. Обычно разность
потенциалов между металлом и кремнием, вызывающую сильную инверсию,
называют пороговым напряжением VT. Оно задается уравнением
Здесь QB-заряд единицы площади поверхности области объемного заряда, С0-
емкость единицы поверхности диэлектрика. В правой части уравнения первый
Предыдущая << 1 .. 211 212 213 214 215 216 < 217 > 218 219 220 221 222 223 .. 355 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed