Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 9-2
Свойства кристаллографических плоскостей кремния
Ориентация Площадь плоскости единичной ячейки Число атомов на
площади ^Свободные связи на площади Атомы/см3 Число свободных связей
на площади 1 см3
<1п> Уз а2/2 2 3 . 7,85-10*4 11,8-Ю14
<по> V2 а2 4 4 9,6-Ю14 9,6-10>4
<100> О2 2 2 6,8-10*4 6,8-Ю14
лографических плоскостей кремния, ориентированных по направлениям <111>,
<110>. и <100>. Легко заметить, что поверхность (111) имеет наибольшее
число свободных связей на 1 см2, а поверхность (100)-наименьшее. Энергия
активации, как выяснилось, также зависит от ориентации. Связи,
параллельные поверхности, как оказалось, реагируют более легко; те же
связи, которые расположены под углом к плоскости поверхности, реагируют
менее легко вследствие стерических препятствий от расположения атомов
кремния вблизи связи. На основе исследования поверхности с различной
ориентацией было отмечено, что ?'а('100)> >?,а(111)>?'о(110). Так как
поверхность (100) имеет наибольшее значение Еа и наименьшее число
свободных связей, скорость окисления поверхности (100) является
наименьшей. Если разумно выбрать значения энергии активации для
поверхностей (111) и (110), можно убедиться в том, что поверхность (111)
имеет наибольшую скорость окисления, так как она содержит на 23% больше
(по сравнению с поверхностью (110)] свободных связей на 1 см2. Если
предположить, что причиной фиксированного поверхностного заряда являются
избыточные ионы кремния в окисле (Л. 30], то более высокая скорость
окисления должна приводить к большему числу избыточных ионов кремния;
таким образом, поверхность (111) должна иметь наибольшую плотность
фиксированного заряда. Это приводит
также к наибольшей плотности поверхностных состояний на поверхности (114)
вследствие связи между фиксированным зарядом и ¦поверхностными
состояниями (§ 3 п. 4).
3. Влияние температуры. При стационарных условиях заряд в инверсионном
слое МДП-диодов может быть связан с объемом
34
зг
- 30
& ? 88
-Q ? 28
'¦о гч
.5 гг
го
18
16
-1
28
Оо 1 55 24
о го
О 16
?
са * 12
8
4
V
-1
10-
а)
ЯГ
130° ~1 -1
110° ~ 1 -
140° 1 -М
100° Г] 1
ио° ^
30°
160°- г"-V
80ь 170°-> ГО-ч\\
50° iO°-J =J \=t ГуЯЦ. и
Ю~
ю~
с б)
к
$ ч-
в)\
г
аД N
го гг <?'/ ге гг зо зг .п
1000/Т ГК'1)
в)
10- -12 -10 -8 б)
-в -о -г в
Рис. 36. Вольт-фарадные кривые (а) и кривые "проводимость-напряжение" при
различных температурах (б), зависимость проводимости от l/Т (е) [Л. 40].
только посредством генерационно-рекомбинационных процессов. При комнатной
температуре граничные частоты в системе Si-SiOa обычно лежат в диапазоне
ниже 100 гц, иногда - ниже 1 гц. При низких температурах образование
инверсионного заряда происходит весьма медленно. Найдено, что прямое
смещение порядка 0,25 в может распространиться на всю область
пространственного заряда ДО того, когда произойдет заметная инжекция
инверсионного заряда 25-1.ЧКЯ
[Л. 22]. Истинная инверсия вольт-фарадных кривых может быть измерена при
приложении смещения в каждой точке характеристики в течение длительного
времени, необходимого для достижения равновесия. Однако при повышенных
температурах генерация происходит гораздо быстрее, вследствие чего
облегчается и изучение влияния температуры на характеристики МДП-
структур, определяемые процессами генерации. Типичный пример показан на
рис. 36,а для кривых емкости и на рис. 36,6 для кривых проводимости в
зависимости от смещения. Кривые снимались для образцов п-типа при частоте
6 кгц 1[Л. 40]. Видно, что кривые емкости и проводимости достигают -
насыщения в области инверсии при отрицательных напряжениях. В обедненной
области наблюдается небольшой горб, вызванный влиянием остаточных
поверхностных состояний.
Соответствующая эквивалентная схема для области сильной инверсии была
представлена выше на рис. 25,г. На рис. 36,в отложена в зависимости от
1/7" полная проводимость G(\!Rgs+ lfRgn + + 1 IRd), полученная по данным
рис. 36ф. Как обсуждалось ранее в гл. 3, процессы рекомбинации в области
пространственного заряда пропорциональны величине пД которая изменяется в
зависимости от l/Т с энергией активации Ее12, процессы диффузии
пропорциональны величине п{2, температурный ход которой связан с энергией
активации Eg. На рис. 36,в видно, что процессы рекомбинации в области
пространственного заряда преобладают до 140''С (\IRgB~rii). В этой
области экспериментально измеренная энергия активации равна 0,56 эв
(прямая а); эта величина находится в хорошем соответствии с энергией
активации Eg/2, которая определяет температурную зависимость гц. Выше 140
°С начинают преобладать иные процессы, что проявляется в виде излома
зависимости проводимости от 1 /Г. Область высоких температур (линия с)
определяется вычитанием проводимости, обусловленной генерацией в области
пространственного заряда, из полной проводимости (т. е. прямая а
