Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
связанного поверхностного заряда Qit). Это оказывается важным, поскольку
в соответствии с выражениями (43) небольшие флюктуации приводят к весьма
значительным флюктуациям т. Вставка на рис. 21 иллюстрирует, как
хаотичность расположения заряженных центров на границе раздела приводит к
соответствующим флюктуациям электрического поля и, следовательно, к
флюктуациям поверхностного потенциала. На рис. 21 кривыми показаны
частотные зависимости Gp (со)/о), рассчитанные для системы Si - Si02 с
учетом непрерывности энергетического спектра поверхностных состояний, и
статистического (пуассоновского) распределения плотности поверхностного
заряда Qn -j- Qf в плоскости границы раздела. Совпадение
экспериментальных точек и теоретических зависимостей несомненно
свидетельствует в пользу статистической модели перезарядки поверхностных
состояний [26].
Приведенные выше экспериментальные результаты можно интерпретировать с
помощью модифицированных эквивалентных электрических схем (рис. 22).
Эквивалентная схема на рис. 22, а учитывает дисперсию характерного
времени перезарядки поверхностных состояний, обусловленную
статистическими флюктуациями поверхностного потенциала. Каждая из
составляющих ее последовательных цепочек RlsCls соответствует
непрерывному спектру поверхностных состояний на характеристической
плошадке Ае, величина которой пропорциональна квадрату глу-
МДП-структуры. Приборы с зарядовой связью
405
Полевой
,злектрод
Хаотически распределеннь /в заряды
15
30
25
&
?! 20
1
V. 16
10
\
5
0
Режим слабой инверсии
И
Силовые линии поля
\5lOz
\ Обедненный слой
Нейтральная область кремния-р - типа
Режим
18
16
14
&
12 к
I
10
8
6
4
6
10 102 ' W3 104 10s
103 104 f, Гц.
Рис. 21. Зависимость Gp!со от частоты для Si - Si02 - МДП-структуры в
режиме обеднения и в режиме слабой инверсии [26].
#, О - экспериментальные результаты;------------* расчетные результаты.
бины обедненного слоя х). Эта эквивалентная схема описывает поведение
МДП-структуры в режиме обеднения. Схема на рис. 22, б отвечает ситуации,
когда уровень Ферми на границе раздела проходит вблизи середины
запрещенной зоны, т. е. когда <7фв = q^B + несколько kT. R\s и Rlps -
эквивалентные сопротивления захвата электронов и дырок соответственно.
Наличие двух сопротивлений в каждой элементарной цепочке этой
эквивалентной схемы отражает тот факт, что при \J) "=* плотности
электронов и дырок на границе с окислом являются величинами одного
порядка, и, следовательно, необходимо учитывать вклад носителей обоих
типов в перезарядку поверхностных состояний. В режиме слабой инверсии
(2vJ?B > \J)S ;> г|)в) (рис. 22, в) эквива-
х) В пределах каждой из этих площадок поверхностный потенциал считается
постоянным" а статистическое распределение значений i|js по различным
площадкам описывается гауссовой функцией с дисперсией, пропорциональной
заряду Для более глубокого ознакомления с физикой
перезарядки
поверхностных состояний кроме оригинальной статьи [26] можно
рекомендовать довольно полный обзор Гоетцбергера, Клаусмана и Шульца в
журнале CRC, Critical Revievs Solid State Sciences, 1976, January, pp. 1-
43. - Прим. nepee,
406
Глава 7
1С
~^Cs^ZCrsn Rf[z(Rfs)
Rd
6 г
Рис. 22. Модифицированные эквивалентные электрические схемы МДП-струк-
туры [26, 15].
а - режим обеднения; б - промежуточный режим между обеднением и слабой
инверсией; в - слабая инверсия; г - сильная инверсия.
лентные сопротивления захвата неосновных носителей Rns много меньше
эквивалентных сопротивлений Rps, и поэтому эквивалентные емкости Cs можно
считать соединенными параллельно. При этом эквивалентная схема на рис.
22, б становится схемой на рис. 22, в, частотные свойства которой
характеризуются единственной постоянной времени CSRS. Это согласуется с
экспериментальными частотными зависимостями активной проводимости МДП-
структур в режиме слабой инверсии. Эквивалентная схема МДП-структуры в
режиме сильной инверсии [15] (i[)s > > 2фБ) приведена на рис. 22, г, где
Ct и CD - емкости изолятора и полупроводника соответственно.
Сопротивление Rd соответствует компоненте тока перезарядки инверсионного
слоя, обусло-
МДП-структуры. Приборы с зарядовой связью
407
вленной диффузией неосновных носителей из электронейтраль-ного объема
подложки к краю области обеднения, a Rgs - генерации неосновных носителей
через поверхностные состояния. Сопротивление RgD связано с генерацией и
рекомбинацией носителей тока в области пространственного заряда.
Экспериментально установлено, что в кремниевых МОП-структурах именно
генерация и рекомбинация % области пространственного заряда являются
главными процессами, определяющими частотную зависимость отклика МОП-
структуры в режиме сильной инверсии. Отметим, что в этом*режиме емкость
полупроводника, включающая емкость инверсионного слоя, много больше
емкости поверхностных состояний, поэтому последней можно пренебречь.
7.3.2. Заряды в окисле
