Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Зи С. -> "Физика полупроводниковых приборов Книга 2" -> 38

Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.

Зи С. Физика полупроводниковых приборов Книга 2 — М.: Мир, 1984. — 456 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikapoluprovodnikovihpriborov21984.djvu
Предыдущая << 1 .. 32 33 34 35 36 37 < 38 > 39 40 41 42 43 44 .. 145 >> Следующая

полученными по формуле (45).
9.4.2. Невырожденный полупроводник
Туннельные МДП-диоды с очень тонким слоем окисла, выращенным на
невырожденной полупроводниковой подложке, не обладают отрицательным
сопротивлением. Этот диод используется
Рис. 24 Энертичк кие диаграммы туннельных МДП-диодов на невырожденных
подложках (45J.
а - низкий барьер в системе металл - Диэлектрик; б - высокий барьер в
системе металл - диэлектрик.
в элементах памяти (например, МНОП-приборы), в преобразователях энергии
(например, солнечные батареи) и в СВЧ-приборах в качестве перехода
эмиттер-база туннельного транзистора.
Одним из важнейших параметров такого диода является высота барьера на
границе металл-диэлектрик, которая существенно влияет на вольт-амперные
характеристики [45, 46]. На рис. 24 приведены диаграммы энергетических
зон туннельных МДП-диодов, находящихся в состоянии теплового равновесия.
Диаграммы соответствуют подложке /7-типа и двум разным высотам барьера в
системе металл-диэлектрик. При малой высоте барьера (ф^г - 3,2 В, что
соответствует системе А1-SiOa) поверхность дырочного кремния
инвертирована. При большой высоте барьера (Фтг = 4,2 В, что соответствует
системе Au-SiOa) на поверхности кремния накапливаются дырки. Туннельный
ток состоит из двух основных компонент: тока из зоны проводимости в
металл (Jct) и тока из валентной зоны в металл (/"<). Обе эти компоненты
определяются выражениями, подобными формуле (44). На рис. 25 приведены
теоретические вольт-амперные характеристики диодов с малой и большой
высотой барьера. Если высота барьера невелика (рис. 25, а), то при малых
прямых и обратных смещениях главным является ток неосновных носителей
(электронов) Jct, поскольку уровень Ферми проходит ближе к краю зоны
проводимости. При увеличении прямого смещения (положительного напряжения
на полупроводнике) ток монотонно возрастает При фиксированном смещении
ток резко возрастает с уменьшением толщины диэлектрика в результате того,
что ограничивается вероятностью туннелирования (выражение (46)), которая
экспоненциально зависит от толщины диэлектрика. При обратном смещении ток
практически не зависит от толщины диэлектрика до тех пор, пока d < < 30
А, поскольку в этом случае ток ограничивается скоростью генерации
неосновных носителей (электронов) в объеме полупроводника, т. е. он
аналогичен току насыщения обратносмещенного р-/г-перехода. На рис. 25, а
приведены также экспериментальные
Туннельные приборы
131
Рис. 2Ь. Вольт-амиерные характе-
?истики туннельных МДП-диодов 45].
а - с низким барьером; б - с высоким барьером.
Напряжение смещения, В
результаты (они представлены черными точками), полученные при d = 23,5 А.
Отметим хорошее соответствие теоретических данных экспериментальным, а
также то, что полученные вольт-амперные характеристики подобны вольт-
амперным характеристикам р-^перехода.
Если высота барьера большая (рис. 25, б), то при прямых смещениях главным
является ток основных носителей (дырок), туннелирующих из валентной зоны
в металл, вследствие чего величина тока экспоненциально возрастает с
уменьшением толщины диэлектрика. Однако в этом случае и при обратных
смещениях не должно быть такой независимости тока от'толщины диэлектрика,
которая проиллюстрирована рис. 25, а. Вместо этого ток резко возрастает с
уменьшением толщины диэлектрика, поскольку ток основных носителей в обоих
направлениях ограни-
Ш
Глава 9
у, в
Рис. 26. Экспериментальные волы-амперные характеристики туннельных МДП-
диодов с различной толщиной слоя окисла [47].
чиваетея вероятностью туннелирования, а не скоростью генерации носителей.
Подставив формулу (46а) в выражение (45) и оценив интеграл по энергиям,
получим соотношение [42, 47 ]
J = А*т*е(~ат*?2^е-99в'кт(е<1У'кт - 1), (50)
где А9 - 4nm*tqk-fr'3 - эффективная постоянная Ричардсона, ц>в - высота
барьера. Выражение (50) идентично обычному выражению для термоэлектронной
эмиссии в случае барьера Шоттки, за исключением множителя exp (-
aT(plr2d), который представляет собой вероятность туннелирования. Отсюда
следует, что при Фт- ~ 1 В и d > 50 А вероятность туннелирования
составляет ~<г50"з: Ю~22 и туннельным током действительно можно
пренебречь. При уменьшении d и (или) ц>г ток быстро возрастает вплоть до
величины тока термоэлектронной эмиссии. На рис. 26 приведены прямые ветви
вольт-амперных характеристик четырех туннельных диодов типа Au-SiOa-Si.
При d -= 10 А зависимость тока от напряжения совпадает о обычной
зависимостью для диода
Туннельные приборы
133
Шоттки с фактором идеальности 1. При увеличении толщины диэлектрика ток
резко уменьшается, а фактор идеальности начинает отличаться от 1.
9.5. ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЙ МДП-ДИОД
Переключающий МДП-диод представляет собой четырехслойную структуру (рис.
27, а). Этот диод, так же как и диод Шокли (гл. 4), был предложен для
реализации S-образной вольт-амперной характеристики (рис. 27, б 148]).
Когда к прибору прикладывается отрицательное напряжение (/?+-подложка при
Предыдущая << 1 .. 32 33 34 35 36 37 < 38 > 39 40 41 42 43 44 .. 145 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed