Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
С-F-зависимость МОП-структуры, в которую не входит емкость поверхностных
состояний Cs, изображена на рис. 17 штриховой линией. Однако и в этом
случае поверхностные состояния влияют на форму вольт-фарадной
характеристики, сдвигая и растягивая ее вдоль оси напряжений. Дело в том,
что при наличии связанного поверхностного заряда требуется
соответствующее увеличение (по сравнению с ситуацией в идеальной МДП-
структуре) заряда на металлическом электроде, чтобы достичь того же
значения поверхностного потенциала. По форме высокочастотной вольт-
фарадной зависимости плотность поверхностных состояний определяется с
помощью следующего выражения:
Du = -f-mjdVT1 - 1]--^-[см-* эВ-l].
(37)
МДЙ-структуры. Приборы с зарядовой связью
399
При этом сначала по значению полной емкости С с помощью выражения (25)
определяют дифференциальную емкость полупроводника CD, а затем с помощью
формулы (20) находят поверхностный потенциал (для этого необходимо знать
концентрацию легирующей примеси). После этого производную d%/dV
определяют графическим дифференцированием.
Интегральный метод [25] основан на измерении низкочастотной зависимости
емкости структуры от напряжения. В условиях, когда можно пренебречь
изменением заряда, захваченного в окисле, и заряда подвижных ионов, из
выражений (23) и (25) (если принять во внимание, что dQ = CidVi = CdV)
следует
д^ \ _ j _ С ? /38)
Ь i
( дф" \ V dV )
db _______ Cj _ i /опч
dvt - С >
Интегрируя выражения (38), найдем
% (П) - Ч>, (V,) = j [ 1 - -?-] dV. (40)
Следовательно, зависимость поверхностного потенциала от приложенного
напряжения можно найти интегрированием зависимости (1 -C/Ci), где С = С
(У) -экспериментальная С-F-кривая. Отметим, что уравнение (40)
справедливо только в том случае, когда в процессе измерений успевает
устанавливаться равновесное заполнение поверхностных состояний. Для этого
должны быть достаточно малы частота напряжения измерительного сигнала и
скорость изменения напряжения смещения на структуре. Воспользуемся теперь
условием электронейтральности МОП-струк-туры. В данном случае к
пространственному заряду полупроводника Qs (рис. 6, б) нужно добавить
заряд, связанный на донорных и акцепторных поверхностных состояниях, т.
е. Qu (%) и Qait (^s). Из условия электронейтральности находим
Ес
^ = q | [DiFso (Et) - D?,FSa (E,)] dE, + Q" (41)
Ev
где Ddit и Dait - плотности донорных и акцепторных поверхностных
состояний, a FSd (Et) и FSa (?*) - функции Ферми (выражение (33)).
Дифференцируя выражение (41) по получим окончательно
дф* 8f/d ,, 0ч
400
Глава 7
Отсюда определяется плотность поверхностных состояний Dit. Для этого
нужно знать концентрацию легирующей примеси и температуру. Отметим, что
требуемая зависимость dtyJdVt от % получается непосредственно из
измеренной низкочастотной С-^-характеристики МОП-структуры с помощью
формул (39) и (40).
Метод проводимости. Как уже говорилось выше, активная и реактивная
составляющие комплексной проводимости МДП-структуры содержат одинаковую
информацию о поверхностных состояниях. Однако при использовании емкоетных
методов возникают определенные трудности с выделением емкости
поверхностных состояний из измеренной полной емкости структуры, поскольку
последняя содержит емкость диэлектрика и емкость обедненного слоя
полупроводника. Эти трудности особенно велики при исследовании МДП-
структур с малой плотностью состояний. В предложенном в работе [26]
методе проводимости, основанном на измерении активной составляющей
отклика МДП-структуры, эти трудности устранены, поскольку активная
составляющая комплексной проводимости МДП-структуры обусловлена
исключительно запаздыванием процесса перезарядки поверхностных состояний.
Поэтому метод проводимости дает более точные и надежные результаты, что
особенно важно для систем с относительно малой плотностью поверхностных 4
состояний, таких, как, например, система с термически окисленным
кремнием.
Приведенные соображения иллюстрирует рис. 18, где показаны зависимости
емкости и проводимости МДП-структуры от напряжения, измеренные на
частотах 5 и 100 кГц. Отметим, что наибольшее отличие емкости здесь
составляет 14 %, в то время как амплитуды пиков проводимости отличаются
более чем на порядок.
Для иллюстрации метода проводимости снова воспользуемся упрощенной
эквивалентной схемой МДП-структуры (рис. 16). Комплексная проводимость
всей структуры определяется с помощью измерительного моста. Емкость
диэлектрика Сг находят по величине емкости структуры в режиме
аккумуляции. Затем рассчитывается комплексная проводимость составляющей
эквивалентной схемы (рис. 16), представляющей собой параллельное
соединение емкости полупроводника и последовательной цепочки RSCS,
соответствующей поверхностным состояниям. Для этого комлекс-ная входная
проводимость пересчитывается во входной импеданс, из которого вычитается
реактивная составляющая, обусловленная емкостью диэлектрика. Полученный
при этом импеданс затем снова преобразуется в комплексную проводимость,
