Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
примеси в Ge, Si и GaAs при условии сильной инверсии.
плотность заряда внутри инверсионного слоя весьма сильно возрастает. |В
соответствии с этим 'максимальная ширина обедненной области Wm может быть
найдена из уравнений (19) и (27):
W"
/2es4?s (шо) /
Ч"а У
4eskT In (/V^/Hj)
(28)
Соотношение между Wm и концентрацией примесей для Ge и Si показано "а
рис. 8, где N в эквивалентно N А для полупроводника p-типа и Nd для п-
типа. Другим параметром, представляющим интерес, является так называемое
напряжение включения UT, при котором наступает сильная инверсия. Из
уравнений .(19) и t(23) получим:
Qs
UT (сильная инверсия) =^г-+251'в. Соответствующая величина полной емкости
равна:
(29)
C'min -
d +
(30)
Wn.
Высокочастотная вольт-фарадная характеристика и ее аппроксимированный
участок .(пунктирная кривая) показаны иа рис. 9. На этом же рисунке в
правом верхнем углу показаны характеристики МДИ-спруктуры, измеренные при
различных частотах {Л. 13]. Заметим, что переход к низкочастотным кривым
происходит при ]<з100 гц.
Идеальные кривые МДП-структур системы металл - Si02-Si были рассчитаны
для различных толщин окисла и различной степе-
Рис. 9. Высокочастотная вольт-фарадная кривая МДП-структуры и ее
аппроксимированный участок (пунктирная линия). На вставке показана
зависимость при разных частотах fJT. 13].
ни легирования полупроводника {Л. 15]. На рис. 10 показаны некоторые
типичные примеры для кремния р-типа. Заметим, что при уменьшении толщины
окисла наблюдаются большие изменения емкости. На рис. 11 показаны
зависимости от приложенного напряжения для тех же систем, которые -
показаны на рис. 10. На
Рис. 10. Идеальные водьт-фарадные характеристики МДП-структур. Сплошные
линии - при низких частотах, пунктирные - при высоких частотах [Л. 15].
Рис. 11. Зависимость поверхностного потенциала от прикладываемого
напряжения для идеальных МДП-дио-дов.
О
Толщина, окисла, А
Рис. 12. Зависимость нормированной емкости при 17=0 от толщины окисла для
идеальных МДП-структур. Уровень легирования кремния является параметром
[Л. 15].
а)
Рис. 13. Зависимость нормированной минимальной емкости от толщины
(уровень легирования кремния является параметром [Л. 15]) (а) и
идеальной МДП-структуры на
рис. 12-.14 показаны соответственно нормированные емкости в случае
плоских зон CfbICu нормированные .минимальные емкости Cm-in/Ci и C'min/Ci
и минимальные напряжения ?/min в зависимости от толщины окисла, причем
концентрация легирующей примеси является параметром. Переход к кремнию п-
типа достигается простым изменением знака на оси напряжений; переход к
другим диэлектрикам происходит при изменении шкалы толщины путем
умножения толщины изолятора на отношение диэлектрических проницаемостей
БЮг и другого диэлектрика:
, _ . ег (SiP2)
с 4(изолятора)' ' '
где dc - толщина, которая приведена на рис. 12^--14; di - действительная
толщина изолятора; е, (изолятора) - диэлектрическая проницаемость
изолятора; ei(Si02) =3,4 • 10-13 ф/ем. Для других полупроводников
характеристики МДП-структур .могут быть построены аналогичным образом
так, как показано на рис. 9 при использовании уравнений (26)-(129).
Идеальные характеристики МДП-ст,руктур, показанные на рис. 10-14, будут
использованы в следующих параграфах при сравнении с экспериментальными
результатами для обсуждения свойств реальных МДП-структур.
б)
окисла для идеальных МДП-структур на низких частотах зависимость
минимальной емкости от толщины окисла для высоких частотах [JI. 151 (б).
Рис. 14. Зависимость напряжения, соответствующего минимальной емкости, от
толщины окисла. Уровень легирования кремния является параметром [JI. 15].
3. Поверхностные состояния, поверхностный и пространственный заряды
¦В реальных МДП-диодах существует много других состояний и зарядов,
которые могут тем или иным путем влиять на идеальные МДП-характеристики.
Основная классификация этих состояний " зарядов (рис. 15) следующая: 1)
поверхностные состояния или состояния на- границе раздела, которые
определяются как энергетические уровни в запрещенной зоне на границе
раздела изолятор - полупроводник, способные обмениваться зарядом с
полупроводником в течение короткого времени; 2) фиксированные
поверхностные заряды, которые локализуются вблизи поверхности
полупроводника
о
(около 200 А) и .не способны перемещаться под действием приложенного
электрического поля; 3) подвижные ионы, например ионы натрия, способные
перемещаться в изоляторе под действием термообработки со смещением; 4)
ионизируемые ловушки, которые могут возникать, .например, при облучении
рентгеновскими лучами.
1. Поверхностные состояния. Поверхностные состояния были теоретически
исследованы Таммом (Л. 161, Шокли '[Л. 17] и другими авторами {Л. 18,
19]. Они возникают в запрещенной зоне вследствие нарушения периодичности
кристаллической структуры на поверхности материала. Существование
поверхностных состояний было впервые обнаружено экспериментально Шокли и
