Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
сплошными линиями, а измеренные при температуре жидкого азота (125 К) -
штриховыми линиями [401.
выше, маскируется туннелированием электронов из металла на поверхностные
состояния. Кривые а и б принципиально не отличаются от кривой в, однако
для них характерны существенно высокие значения тока при напряжениях,
соответствующих запрещенной зоне (-1,1 В < V < 0). Если предположить, что
величина тока в этом диапазоне напряжений пропорциональна плотности
поверхностных состояний, то отсюда следует вывод о возрастании плотности
поверхностных состояний на один-два порядка величины при отказе от
водородного отжига в случае влажного окисления или при выращивании окисла
в атмосфере сухого кислорода. Этот вывод качественно согласуется с
экспериментальными данными, полученными при изучении плотности
поверхностных состояний, возникающих при аналогичных способах выращивания
окислов большой толщины (d #=" 1000 А) [431. Влияние зонной структуры
полупроводника и плотности поверхностных состояний на характеристики
туннелирования в стационарных условиях оказывается еще более ярко
выраженным на зависимости проводимости от напряжения (рис. 21, кри-
Туннельные приборы
127
мости от напряжения, измеренные при различных частотах, Кривая для
стационарной проводимости получена с помощью дифференцирования кривых,
вая <?), которая получена дифференцированием кривых, приведенных на рис.
20. Левые ветви кривых при V < -1,1 В соответствуют туннелированию
электронов из металла в зону проводимости; правые ветви при V > 0
соответствуют туннелированию из валентной зоны в металл. Минимум
проводимости при малых отрицательных напряжениях есть результат
суперпозиции двух компонент тока (рис. 19, г). Очевидно, что ожидаемая
отрицательная проводимость, связанная с первой компонентой тока,
компенсируется большей положительной проводимостью, связанной с
протеканием тока через поверхностные состояния.
На рис. 21 и 22 приведены соответственно зависимости проводимости,
измеренной на переменном токе, от приложенного напряжения и частоты. Как
и следовало ожидать, кривые для емкости неотоженных образцов расположены
выше, чем кривые Для емкости образцов, подвергнутых отжигу, поскольку в
первом случае плотность поверхностных состояний выше. Частотная
вависимость проводимости оказывается более сильной. При частотах, меньших
5 кГц, зависимость проводимости от напряжения практически совпадает со
статической. На рис. 22 (вставка) показана основная эквивалентная схема,
с помощью которой учиты-
приведенных на рис. 20 [40]. -------зоо К:-------125 к.
128
Глава 9
Sip-типа (0,0006 Ом -см)
d-ZOA
(влажное окисление')
^ 560 %
Ч 540
*5
'0,5" кГц
(Влажное окисление и отжиг 0 , Hz)
V
J______J__________I I_______________L
Рис. 22. Зависимости емкости от напряжения, измеренные при различных
частотах. На вставке показана эквивалентная схема туннельного МДП-диода
[40].
-IZ о,б -ол о 0,4 0,8 i,z
КВ
вается влияние туннелирования. RC-цеиъ, расположенная левее линии АЛ,
идентична /^С-цепи для более толстого слоя окисла. Rt - эквивалентное
сопротивление, соответствующее туннелированию электронов в валентную зону
и (или) в зону проводимости р++-пол у проводника (ему соответствуют
первая и третья компоненты тока на рис. 19, в и д). RTS - эквивалентное
сопротивление, соответствующее туннелированию электронов на поверхностные
состояния и последующей их рекомбинации с дырками из валентной зоны (чему
соответствует вторая компонента тока на рис. 19, г или 5). Величины RT и
RTS являются функциями приложенного напряжения. Полную цепь можно
упростить, заменив ее параллельно соединенными емкостью С (со) и
проводимостью G (со), зависящими от частоты.
Можно показать, что d [C(co)]/dco <0 и d [G (fo) ]/dco 0. Для тонких
окисных слоев и (или) сильнолегированных полупроводниковых подложек
емкость увеличивается по сравнению с высокочастотным значением [40]
С (°°) ~ (47а)
вплоть до величины
Ci + CD
С (0) " С (оо)-f ACS,
(476)
Туннельные приборы
129
к в
Рис. 23. Вольт-амперные характеристики туннельного МДП-диода (А! - А!2Оя
- SriTe) при трех температурах [44].
если со -* 0. Проводимость увеличивается от низкочастотного значения
G(0)
1
я,
+
R
вплоть до величины
G (оо) = О (0) -\-
при со-" оо. Величина
A s
TS~^
А (Rts + *.) RTSRa
(C.RTS~ CdRs)*
(Ci + CD)~ (RTS + $s)2
(48a)
(486)
(49)
Экспериментальные результаты находятся в хорошем согласии с приведенными
выше качественными соображениями (рис. 21 и 22).
Отрицательное сопротивление наблюдалось в туннельных МДП-диодах из А1-
А203-SnTe [44]. Материал SnTe представлял собой сильнолегированный
полупроводник p-типа с концентрацией носителей 8* 1020 см-3; толщина слоя
А1203 составляла ~50 А. На рис. 23 приведены измеренные вольт-амперные
характеристики такой структуры при трех различных температурах. Участок
отрицательного сопротивления существует в диапазоне 0,6-0,8 В. Эти
результаты хорошо согласуются с теоретическими результатами [41 ],
