Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
работы выхода металла, ориентации кристалла, температуры решетки,
освещения и облучения "у-лучами. В § 5 будут рассмотрены некоторые
применения МДП-диодов в электронных и оптических устройствах и их
использование в качестве инструмента для изучения фундаментальных
(физических процессов. В § 6 будут обсуждаться явления переноса носителей
и максимальная диэлектрическая прочность тонких изоляционных пленок.
2. Идеальный диод со структурой
металл - диэлектрик - полупроводник (МДП)
'На рис. il показана МДП-структура с толщиной изолятора d и напряжением
iU, приложенным к металлическому электроду. Условимся, что 'напряжение U
является положительным, если металлическая пластина находится под -
положительным смещением относительно 'омического контакта, и, наоборот, U
отрицательно, если к .металлическому электроду приложено отрицательное -
смещение относительно омического контакта.
Энергетическая зонн-ая диаграмма идеальной МДП-ст.руктуры при U= 0
показана "а рис. Е |(на рис. Й,й и б для полупроводников п- и p-типа
соответственно). Идеальный ЛЩ.П-диод определим следующим образом:
1. При -нулевом смещении отсутствует разность -энергий между работами
выхода .металла Фт и полупроводника, или, иными словами, разность работ
выхода Ф ms ра(c)на нулю:
Ф(tm) = Фт- ^ X + Щ- 0 Для я-типа; (1а)
Фтв^Фт- ^Х+^"+ФВ^=0 ДЛЯ р-типа, (16)
где Фт-.работа выхода -металла: %- сродство к электрону для
полупроводника; - сродство к электрону -для изолятора; Ее - ширина
запрещенной зоны; Фв - потенциальный барьер между металлом и
диэлектриком; Чгв-разность потенциалов между уровнем Ферми Ер и уровнем
Ферми собственного .полупроводника Ё,-, другими словами, зоны являются
плоск-й-ми '(условие плоских зон) в отсутствие -приложенного смещения.
4*1 U УроОека вакуума
чф,
г
ЧФв
9х
1
и=о
Ев/г
2. Заряд, возникающий в структуре при приложении смещения, Состоит из
заряда, возникающего в шолупровод-нике, и эквивалентного заряда
противоположного знака на поверхности металла, отделенного от
полупроводника
изолятором.
3. Отсутствует перемещение зарядов через диэлектрик при условиях
постоянного смещения, т. е. -сопротивление изолятора бесконечно. Теория
идеального МДП-диода, рассматриваемая в настоящем разделе, служит основой
понимания свойств реальных МДП-струк-тур и позволяет исследовать физику
поверхности полупроводников.
Если к идеальному МДП-ди-од-у прикладывается положительное или
отрицательное напряжение, могут возникнуть три состояния, показанные на
рис. 3. Рассмотрим сначала полупроводник p-типа. Если к металлической
пластине -приложено отрицательное напряжение
Металл
|- -t
7777777777777777777?
'Полупроводник
Диэлектрик
а) ¦
gxj,^Уровень вакуума
\ +
"Г"
%
1
дФк
Металл
¦/ JL
Рис. 1. Структура металл- диэлектрик-полупроводник (МДП).
1 - металл; 2 - изолятор: 3 - полупроводник; 4 - омический контакт.
, / Диэлектрик
и=о
I Еу/г
I
щ.
-?с
¦Ч
Полупроводник
6)
Рис. 2. Энергетические зонные диаграммы для идеальной МДП-струк-туры при
iU=0.
а - идеальный МДП-днод (полупроводник л-типа); 6 - идеальный МДП-диод
(полупроводник р-типа).
({/<0), как показано на рис. 3,й, потолок валентной зоны изгибается вверх
и достигает уровня Ферми. -В идеальном (МДП-диоде отсутствуют какие-либо
токи, текущие через структуру (т. е. d(Imref)/dx=0] (Imref-квазиуровень
Ферми), так что уровень Ферми в полупроводнике не -меняется. Так каж
концентрация носителей зависит экспоненциально от разности энергий (Ef-
?V), то- изгиб зон приводит к аккумуляции основных Носителей |(дырок)
вблизи поверхности полупроводника. Это - случай "аккумуляции". Если
к структуре прикладывается малое 'положительное смещение (U>0), зоны
изгибаются вниз (рис. 3,6) и происходит уменьшение концентрации основных
носителей. Это - случай "обеднения". Если к структуре приложить большое
.положительное смещение '(рис. 3,е), зоны сильно изгибаются вниз, так что
уровень собственной проводимости Ei на поверхности пересекает уровень
Ферми Ef- При этом число электронов становится больше числа дырок. Это -
случай "инверсии". Аналогичные результаты могут быть получены для
К
и<о
и^о
А
ЕС
Сь
Ef
Еы
и>0
EF^
г
Ес
Ef
Ei
а)
F 7J7-u<o\
¦Ес
¦Ef
'Ei
A
U>0
p- тип
¦Ec
-Ei
¦Ef
~EV
6)
U<0
N
-=^-Ec -- Ef ~Ei -T~EU
6)
n- тип
Рис. 3. Энергетические зонные диаграммы для идеальных МДП-структур прн
1!ф0 для полупроводников п- и р-типа.
а - аккумуляция; б - обеднение; в - инверсия.
полупроводника -п-типа. При этом полярность прикладываемого напряжения
должна быть изменена.
1 Область поверхностного пространственного заряда. В этом разделе мы
рассмотрим .связь между поверхностным потенциалом, пространственным
зарядом и электрическим полем. Эти соотношения будут использоваться в
следующих разделах для вывода вольт-фа-радных характеристик идеальных
'МДП-структур.
(t>0)
Т
Поверхность
полупроводника
1-
Ч* ±3*0 Е9
-ГР'---------У---------------?j
Изолятор
Т
