Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
нестабильности структур приборов, пассивированных окислом. Проблема
надежности полупроводниковых приборов, работающих при высоких
температурах и напряжениях, связана со следами примесей щелочных ионов,
так как эти ионы могут проникать через пленку окисла и давать вклад в
смещение
а)
а)
М
11
Г
У(х>
г) л
-CL
О
W
б)
Рис. 28. Влияние подвижных ионов на МДП-кривые [Л. 8].
а~ С-U характеристики; б - соответствующее распределение зарядов.
Рис. 29. Зонная диаграмма (а), распределение заряда (б), электрического
поля (в) и потенциала (г) ц МДП-диоде с поверхностным зарядом и
пространственным зарядом в изоляторе.
напряжения. Типичный пример- (Л. 8], иллюстрирующий влияние подвижных
ионов, .показан на рис. 28,с. Исходная вольт-фарадная кривая 1 переходит
в кривую 2 после того, как система Si-S1O2 отжигается при 127 °С в
течение 30 мин со смещением +10 в на
Металлический / электрод Ci
Окисел 0 IH Rf R(
¦ИнВерсион- L-и-
ный слой j
Сс
Обеднен - ^Съ ный слой I
Т
ПолупроВодник
ттттттттт
а)
Тыловой о-контакт
б)
Рис. 30. Картина бокового растекания переменного тока (и) и эквивалентная
схема (б) [Л. 32].
металлическом электроде. Кривая 3 получена после отжига того же образца
при тех же температуре и времени, -но при смещении- 10 в. Можно отметить
частичное восстановление вольт-фарадной кривой. Рассмотренные явления '
дрейфа можно объяснить, используя рис. 28,6, где показано распределение
зарядов, соответствующих вольт-фарадным кривым, показанным на рис. 28,с.
Вначале щелочные ионы локализуются вблизи металлической поверхности. При
приложении положительного напряжения к металлическому электроду (при 127
°С) положительные ионы движутся к полупроводнику и, достигая границы
раздела Si-Si02, приводят к большому смещению по оси напряжений. При
приложении отрицательного напряжения при той же температуре большинство
ионов движется обратно к металлическому электроду, что приводит к
частичному восстановлению. Другие ионы, такие, как протоны (Н+), также
могут давать аналогичные эффекты дрейфа.
' Пространственный заряд в диэлектрике может также приводить к смещению
вольт-фарадных кривых по оси напряжений. На рис. 29 показана зонная
диаграмма распределения заряда, электрического поля и потенциала для МДП-
диода, в котором имеются поверхностные состояния и пространственный заряд
в диэлектрике. Сравнивая этот рисунок с рис. 6 для идеального МДП-диода,
можно заметить, что для одного и того же поверхностного потенциала Ts
приложенное напряжение уменьшается, что приводит к смещению вольт-
фарадной кривой в сторону отрицательного напряжения. Смещение вследствие
пространственного заряда в изоляторе с плотностью pi (х) равно:
d
ьи J ХРг (X) dx. (49)
о
Б дополнение к рассмотренным выше отклонениям от идеальной МДП-
характеристики имеется боковое растекание переменного тока, которое
возникает на поверхности, имеющей непрерывный инверсионный слой,
определяемый зарядами в изоляторе и (или) на поверхности. В этом случае
инверсионный слой непосредственно соединяется с неосновными носителями по
всей поверхности 1[Л. 32]. Растекание линий переменного тока показано на
рис. 30,о. Ток,
-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 в
Рис. 31. Вольт-фарадные кривые диодов со структурой металл-БЮг-Si при
трех частотах. [Л. 32].
текущий через изолятор, является током смещения, он распространяется в
область инверсии с высокой проводимостью (область канала) и далее
растекается через емкость обедненного слоя по площади, значительно
превышающей площадь металлического контакта. Этот эффект приводит к
возрастанию емкости полупроводника вне зависимости от рекомбинационных
процессов. Эквивалентная схема показана на рис. 30,6 (для нсидеального
МДП-диода с инверсионной -областью). Емкость обедненного слоя CD здесь
включена параллельно цепочке, содержащей Rf и Rc последовательно с С с,
где Rf - сопротивление инверсионного слоя, a Rc и Сс - эквивалентные
сопротивление и емкость канала на стороне, противоположной металлическому
электроду. Включение канала значительно увеличивает время ответа
неосновных носителей; предельная частота при наличии канала значительно
выше, чем при равновесных условиях. Это иллюстрируется данными,
приведенными на рис. 31, где показаны вольт-фарадные кривые диода со
структурой металл - ЭЮг-Si, снятые при трех частотах. Предельная частота
в этом случае порядка 50 Мщ, т. е. существенно выше 100 гц (см. рнс. 9).
Экспериментально наблюдаемое распределение Плотности поверхностных
состояний в зависимости от энергии в МДП-диодах с термически выращенным
окислом на кремниевой подложке коррелирует с существованием зарядов в
окисных слоях, обнаруженных Гэтцбергером и др. [Л. 33]. Это доказывается
следующими данными; в ддислах, свободных от ионов, уменьшение поверх-
Металл-SiOg-Siip-muna ) d=2000А
Л/.~^ Jf Af"^ ппл№пД. -
0,5Мгц
~5Мгц 1 ?
=50Мгц
* см 1 и
ностного заряда при отжиге приводит также к уменьшению поверхностных
