Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
Влияние внешних факторов* Внешние факторы, такие, как Температура,
облучение структуры и ионизирующая радиация,
416
Глава 7
о,гозв _±______
Ед = 9,0эВ
Si02
500А
Алюминий
5iOz п-кремнии
а
1014 10'5 1016 1017 10fS Ng, CM'3
и
Рис. 28. Зонная диаграмма (а) структуры А1 - Si02 - Si с толщиной окисла
500 Л и = Ю16 см-3 и зависимость (б) разности работ выхода от степени
легирования в МОП-структурах с электродами из вырожденного поликремния,
А1 и Au [38, 39].
могут оказывать существенное влияние на характеристики МОП-структур.
Рассмотрим сначала влияние температуры. Как известно, заряд инверсионного
слоя в МОП-структурах связан с объемом полупроводниковой подложки только
через генерационно-рекомбинационные процессы, т. е. последние
обеспечивают установление стационарного значения плотности заряда
инверсионного слоя, соответствующего заданному напряжению на структуре.
Характерное время установления такого равновесия определяется
интенсивностью генерационно-рекомбинационных процессов, которая сильно
(экспоненциально) зависит от температуры. Обычно соответствующая
граничная частота для Si - SiOa-систем при комнатной температуре не
превышает 100 Гц, а в отдельных случаях она ниже 1 Гц. При понижении
температуры скорость накопления и рассасывания заряда инверсионного слоя
настолько уменьшается, что, например, при рассасывании инверсионного слоя
область пространственного заряда структуры оказывается под прямым
смещением до 0,25 В, чтобы обеспечить достаточную инжекцию инверсионного
заряда в подложку [40]. При этом происходит значительная деформация С -
У-характе-ристик структуры в области инверсии (гистерезис), и для их
правильного определения необходимо в процессе измерений довольно долго
выдерживать МОП-структуру при данном напря-
МДП-структуры. Приборы с зарядовой связью
417
жении (в каждой экспериментальной "точке"). В области повышенных
температур скорость генерации существенно увеличивается, что значительно
облегчает изучение влияния температуры на свойства МДП-структур. В первую
очередь это относится к изучению механизмов генерационных явлений.
Эквивалентная электрическая схема МОП-структуры в режиме сильной инверсии
приведена на рис. 22, г, а на рис. 29 приведены температурные^зависимости
полной проводимости G - Rgls -J-ft-}, R^1 экспериментальной МОП-
структуры на "-под-
ложке. Напомним, что скорость рекомбинационного процесса в области
пространственного заряда пропорциональна величине щ, т. е.
характеризуется энергией активации Eg!2, в то время как скорость
диффузионного процесса накопления пропорциональна с энергией активации,
равной Eg. Данные, приведенные на рис. 29, показывают, что генерационно-
рекомбинационный процесс в области пространственного заряда ~ пс является
доминирующим механизмом установления термодинамического равновесия при
температурах ниже 140 °С. В этом температурном диапазоне значение энергии
активации 0,56 эВ, соответствующее экспериментальной зависимости на рис.
29, практически совпадает с ожидаемой величиной EJ2. При Температурах
выше 140 °С
Рис. 29. Температурная зависимость проводимости [41],
2,0 2,2 2,1 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 WQ/T% К~1
418
Глава 7
наклон экспериментальной кривой увеличивается. Это свидетельствует о том,
что в данной области преобладает другой генерационно-рекомбинационный
механизм. Оказалось, что характерный наклон линии (с), которая получена
вычитанием из полной проводимости G (кривая (/;)) проводимости области
пространственного заряда Rgb (кривая (а)), равен 1,17 эВя^^, что
соответствует ожидаемому результату для диффузионного механизма Rd1 ~ пЬ
Отметим, что приведенные выше экспериментальные результаты
свидетельствуют также о том, что эквивалентная схема на рис. 22, г хорошо
описывает электрические свойства реальных МОП-структур в режиме сильной
инверсии.
При облучении МОП-структур светом увеличивается высокочастотная емкость
структуры на участке С - F-кривой, соответствующей режиму сильной
инверсии. Причем с ростом интенсивности облучения высокочастотная емкость
на этом участке все более приближается к своему низкочастотному значению
Сг-. Такое поведение обусловлено, во-первых, уменьшением под действием
облучения характерного времени генерации неосновных носителей гШу [16].
Во-вторых, световая генерация электроннодырочных пар в приповерхностной
области полупроводника МОП-структурьг приводит к уменьшению *)
поверхностного потенциала rj;s при постоянном полном напряжении,
приложенном к структуре (рис. 30, а). Уменьшение if>s приводит к
соответствующему уменьшению толщины области пространственного заряда, а
следовательно, к увеличению высокочастотной емкости [42]. Последний
механизм доминирует при достаточно высоких частотах измерительного
сигнала.
Основной процесс, обусловливающий изменение характеристик МОП-структур
под действием ионизирующих излучений, таких, как рентгеновское [43] и
уизлучения [44], иллюстрирует зонная схема на рис. 30, б. Проникающее в
