Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
Чтобы предотвратить проникновение подвижного ионного заряда в окисел в
процессе рабочего цикла приборов, можно исполь-
ду/=-|
(44)
d
(45)
о
410
Глава 7
10 го ШГ
'4 Лморсрнь1и, толщина 4000/1 " Кристаллиты размером 2SA, D толщина 4000/
сп °
л Кристаллиты размером оОл, толщина 4000 А оп
• Кристаллиты размером0ои толщина 4О0ОЛ
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
о
Глубина в димектрике, /1
Рис. 25. Распределение концентрации ионов натрия по толщине пленок
двуокиси кремния и нитрида кремния при различных размерах кристаллитов
[31, 32].
зовать непроницаемые для подвижных ионов защитные пленки, такие, как,
например, аморфный нитрид кремния. Окисел А1203 и фосфоросиликатные
стекла также могут выполнять роль барьерных слоев для ионов натрия.
Однако МДП-структуры с составным изолятором металл - (А1203 - Si02) - Si
характеризуются довольно большим сдвигом С - V-кривых в область
отрицательных напряжений. Это означает, что в структурах на /?-подложке
поверхность уже инвертирована при нулевом и даже при не слишком больших
отрицательных напряжениях смещения. Фосфоросиликатные стекла [34],
представляющие собой окисел SiO?y,обогащенный Р205, образуются вблизи
внешней поверхности слоя окисла в процессе диффузии фосфора и существенно
уменьшают нестабильность рабочих характеристик МОП-структур за счет
захвата ионов натрия, поскольку растворимость натрия в этих стеклах
намного выше, чем в Si02. Структуры с составным изолятором металл -
(Si3N4 - Si02) - Si используются в настоящее время главным образом как
энергонезависимые элементы памяти
МДП-структуры. Приборы с зарядовой связью
411
Рис. 26. МДП-структура с фиксированным и захваченным в окисле зарядами.
а - зонная диаграмма; б - распределение заряда; в - электрическое поле; г
- потенциал.
$
S Q*-----------------------------------*
S~lQsl/es
d О W
(гл. 8). Эти структуры характеризуются малыми значениями плотности
поверхностных состояний, что обусловлено высоким качеством границы
раздела Si - Si02. Кроме того, внешний слой Si3N4 обеспечивает их
устойчивость по отношению к ионному дрейфу. В видимой области спектра
электромагнитного излучения пленки Si3N4 имеют несколько большую
диэлектрическую проницаемость, чем пленки Si02. В табл. 2 проведено
сравнение цветов пленок Si02 и Si8N4 соответствующей толщины [36].
Заряд, захваченный в слое окисла Q0{, также приводит к сдвигу С - ^-
характеристик МОГТ-структур. Этот заряд обусловлен
412
Глава 7
Таблица 2. Сравнение цветов пленок Si02 и Si3N4
Порядок Цвет Диапазон толщин 1 пленки Si О*, мкм Диапазон толщин
пленки S1"N4, мкм
Песочный 0-0,027 0-0,020
Коричневый 0,027-0,053 0,020-0,040
Золотисто-коричневый 0,053-0,073 0,040-0,055
Красный 0,073-0,097 0,055-0,073
Темно-голубой 0,097-0,10 0,073-0,077
Первый Голубой 0,10-0,12 0,077-0,093
Светло-голубой 0,12-0,13 0,093-0,10
Бледно-голубой 0,13-0,15 0,10-0,11
Песочный 0,15-0,16 0,11-0,12
Светло-желтый 0,16-0,17 0,12-0,13
Желтый 0,17-0,20 0,13-0,15
Кр асно-ор анжевы й 0,20-0,24 0,15-0,18
Красный 0,24-0,25 0,18-0,19
Темно-красный 0,25-0,28 0,19-0,21
Второй Г олубой 0,28-0,31 0,21-0,23
Зелено-голубой 0,31-0,33 0,23-0,25
Светло-зеленый 0,33-0,37 0,25-0,28
Желто-ор анжевый 0,37-0,40 0,28-0,30
Красный 0,40-0,44 0,30-0,33
, ^ я п (S!sN4) 1,97
1 Отношение показателей преломления равно----тт-= г~г^ = 1.33
п (БЮг) 1,48
толщина S1P2 толщина SisN4'
структурными дефектами в слое окисла. Ловушки в окисле обычно нейтральны,
но могут заряжаться, захватывая электроны и дырки. На рис. 26 приведены
зонная диаграмма и распределения заряда, электрического поля и потенциала
в МОП-структуре, содержащей как фиксированный заряд, так и заряд,
захваченный в окисле. Из сравнения рис. 26 и 6 следует, что в первом
случае те же значения поверхностного потенциала \|>s достигаются при
меньших напряжениях смещения (С - 1/-кривая сдвигается в область
отрицательных напряжений). Сдвиг напряжения, обусловленный зарядом,
захваченным в^окисле, записывается в виде
AF0/ =
Qot
Ci
1
а
-J- J XP"I (¦*) dx
(46)
где Q0( - эффективная поверхностная плотность этого заряда, приведенная к
единице площади границы раздела Si - Si02, a Pot - истинная объемная
плотность заряда, захваченного
МДП-структуры. Приборы с зарядовой связью 413
в окисле. Результирующий сдвиг напряжения плоских зон AVFB, обусловленный
всеми компонентами заряда в окисле, есть
Д7га^ДК, + Д7т + ДК0( = -§|-, (47)
где^фо^ Qf + Qm + Qot - сумма соответствующих эффективных зарядов на
единицу площади границы раздела Si - SiOa.
7.3.3. Влияние разности работ выхода и других внешних факторов
Разность работ выхода. Согласно нашему определению, в идеальной МДП-
структуре разность работ выхода электрона из металла и полупроводника
равна нулю (рис. 2):
<Pms = Фт - (х + Ц- - Фв) • (48)
Если же эта разность отлична от нуля, а кроме того, в диэлектрике МДП-
структуры присутствует заряд Q0 (выражение (47)), вольт-фарадные
характеристики реальной МДП-структуры будут сдвинуты вдоль оси напряжений
