Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
инверсии.
стояний определяется суммой емкостей Cs, а сопротивление определяется
сопротивлениями захвата основных носителей. Таким образом, при слабой
инверсии наблюдается хорошее согласование экспериментальных результатов с
теорией, в которой фигурирует одна постоянная времени. На рис. 25,г
показана схема для случая сильной инверсии [Л. 12] (ЧгЕ>,2Ч/в), где С* и
Св-емкости изолятора и обедненного слоя соответственно; Ra -
сопротивление, свя-
занное с диффузионным током неосновных носителей из объема к краю
обедненной области и через обедненную область к поверхности; RgS -
сопротивление, связанное с потоками дырок из валентной зоны к
поверхностным состояниям, электронов - из зоны проводимости к
поверхностным состояниям и основных носителей -
из объема к поверхности; RgD -
сек/см* - \§(ш)/В
КГ11 10' 10е 10 3 10* 10s 10* 107 Частота, гц
Рис. 26. Зависимость теоретического спектра шумов от частоты для МДП-
диода с плотностью поверхностных состояний 3 • 1011 сж"2 эв-1 при 300 °К
[Л. 29].
сопротивление, связанное с конечной скоростью генерации и рекомбинации в
обедненном слое, оно является доминирующей величиной, определяющей
инерционность ответа инверсионного слоя при изменении частоты. Емкость
поверхностных состояний Cs является при условиях сильной инверсии
пренебрежимо малой (Cs<CCd). Из рис. 25,г становится ясным, что в области
сильной инверсии поверхностные состояния незначительно влияют на
характеристики МДП-структур.
Метод проводимости применим также и при изучении шума типа 1/jf {JI. 29].
Долгое время предполагали, что поверхностные состояния на границе раздела
Si-S1O2 приводят к 1//-шумам, изменяя заряд в кремнии. Было показано
экспериментально, что 1//-шум в МДП диодах непосредственно связан с
плотностью поверхностных состояний в запрещенной зоне и их проводимостью
захвата.• Среднеквадратичное напряжение шумов холостого хода, снимаемое с
выводов МДП-диода, дается в виде
4kTBGp(vi)
е?(в) + "*с?(")'
(46)
где В - ширина полосы, гц\ Gp и Ср определяются уравнениями (44) и (45)
соответственно, а спектральное распределение шумов - выражением [Л. 29]
5И = BNss [2*(о|4- о| )-ч*х
СО
X |*ехр(- г- у) to-1 In (1 + e*v) d j • (47)
На рис. 26 показана типичная теоретическая кривая спектра шумов в
зависимости от частоты, рассчитанная по уравнению (47) для МДП-диода с
плотностью поверхностных состояний
-п -10 в
б)
Рис. 27. Влияние поверхностного заряда (а) на МДП-кривые (б) [Л. 23].
/g.jO11 см~2-эв~1 при 300°К. Заметим, что в промежуточной области частот
наблюдается зависимость вида 1//. Частота, при которой линия 1// является
касательной к спектру шумов, соответствует максимальному значению
G(со)/со. Из уравнений (46) и (47) можно вывести, что 1//-шум вызывается
поверхностными состояниями и может быть уменьшен при понижении Nss и что
величина 1//-шума может быть подсчитана на основе данных об электрических
свойствах -границы раздела, полученных при измерении полной входной gij
проводимости МДП-диода.
Металл
4. Поверхностный и пространственный заряды в изоляторе.
Поверхностные заряды состоят из фиксированного поверхностного заряда,
подвижных ионов и ионизированных ловушек, локализованных вблизи границы
раздела диэлектрик - полупроводник. Про-¦ странственные заряды состоят из
подвижных ионов и ионизированных ловушек внутри диэлектрика.
Фиксированный поверхностный заряд обладает следующими свойствами: он
закреплен и не может дополнительно заряжаться или разряжаться при
изменении ЧД в широком диапазоне; он локализован на расстоянии не более
О '
100 А от границы раздела изолятор - полупроводник; его -плотность Qfc
слабо зависит от толщины изолятора, типа проводимости и концентрации
примесей в полупроводнике; QfC зависит от условий образования
(окисления), отжига диэлектрика и ориентации полупроводника.
Предполагается, что избыточные ионы кремния в окисле являются причиной
образования фиксированного заряда в системе Si-S1O2 [Л- 30].
Фиксированный заряд вызывает смещение МДП-характеристики вдоль оси
напряжений, причем величина смещения равна:
ДС/ = -^. (48)
Это соотношение поясняется с помощью рис. 27,а. Если имеется
фиксированный положительный поверхностный заряд, напряжен-
У
т
и>0
'гГгЬтГ
Д-
чЬ
±___?г
иость электрического поля & i в изоляторе выше, чем поле на поверхности
полупроводника. Таким образом, для получения заданного поля на
поверхности <§5 необходимо приложить к металлическому электроду больший
заряд. Соответственно требуется большее напряжение, чтобы установить
поверхностный потенциал 4FS. Интересный пример показан на рис. 27,6, где
емкость и проводимость нестабильной системы Si-Si02 отложены в
зависимости от напряжения (до н после температурной обработки). Смещение
вольт-фа-радных кривых связано с уменьшением поверхностного заряда на
границе раздела Si-SiOa '[JI. 9, 23].
Сноу и др. [JT. 8] впервые показали, что щелочные ионы, например натрий,
присутствующие в термически выращенном Si02, являются причиной
