Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
вычитается из линии е). Найденная энергия активации Eg
составляет 1,17 эв, что соответствует известным данным о диффузионных
процессах (1/7?<1~Пг2). Эти результаты иллюстрируют пригодность
эквивалентной схемы, показанной на рис. 25,г для -области сильной
инверсии '[JI. 12].
4. Влияние освещения. Основное влияние освещеи-ия на вольт-фарадные
кривые МДП-структур состоит в том, что величина емкости в области сильной
инверсии приближается к значению при низкой частоте при увеличении
интенсивности освещения. Этот эффект иллюстрируется -на вставке,,
приведенной на рис. 37, где показана нормализованная МДП-ем-кость в
зависимости от -приложеи-Рис. 37. Влияние освещения иа того -напряжения;
измерения зависимость U от Ts [Л. 13,41]. проводились на частоте 100 кгц
- и / Сосвеще (N^ 10 7 наем i Hpo) j M KTl
'б ?з освещения
ио 0,3 0,8 City ц7 0,8 0,S c/ci г,9*1д!лк
У КЗИО^лк A=ZOOOaX 3>БхМ*лк 'St-SiOp V 0 "A-t.45xre/eCJU-3 ц
I1- g 1
0 5 10 15 00 25 30
ппи освещении белым светом различной интенсивности (Л. 13].
Существуют два основных процесса, определяющих влияние освещения. Первый
- уменьшение постоянной времени Tinv, определяющей генерацию неосновных
носителей в инверсионном слое '[Л. 13]. Второй - генерация фотонами
электронно-дырочных пар, которая приводит к уменьшению поверхностного
потенциала при постоянно приложенном напряжении [Л. 41]. Это
уменьшение происходит
в результате уменьшения ширины слоя пространственного заряда, что
соответствует возрастанию емкости. Второй процесс является преобладающим
.при высоких частотах измерения.
Из эквивалентной схемы, показанной на рис. 25,г, можно получить выражение
для МДП-емкости в области сильной инверсии
с , (Н)
С,-С ~С,
inv
где zinv - постоянная времени инверсионного слоя, равная CD " (r)тиошеиие
постоянных времени при освещении и
без него равно:
¦Чип (с освещением) _ nt ,g5.
(без освещения) ni -]- Gz ' ' '
где пi - собственная концентрация носителей; G - скорость генерации
электронно-дырочных пар фотонами; т - время жизни неосновных носителей.
Из уравнений (54) и (55) становится понятным, что при возрастании G время
жизни Tinv убывает, что приводит к увеличению С. Таково объяснение
влияния первого процесса. Однако для получения больших значений С
необходимо весьма сильное освещение.
Рассмотрим теперь второй процесс. Без освещения и при сильной инверсии
приложенное напряжение распределяется следующим
образом, как это следует из уравнений '(15), (23) и
(24):
V = "F. + ~ df. й&ъ
ei г
Esdfi/ '2kTnV0 /А\
V (56>
где di - толщина окисла; <§ s - напряженность электрического поля на
поверхности.
При равномерном освещении равновесные концентрации в объеме равны (для
полупроводника р-типа):
N, ~ про + Л/г; )
> (57)
PL = PvО + ьп. I
При этом в приближенном выражении для приложенного напряжения (уравнение
(56)] можно заменить про на NL. На рис. 37 показан типичный пример
зависимости f/(Vs) для кремния с Nл =
4Nt
= I014 cm~s и толщиной слоя S1O2 около 2 000 А. Без освещения кривая
аналогична кривой, приведенной на рис. 5. При освещении, соответствующем
генерации Ni1 = \Q1nvo (~1013 сж_3), кривая
смещается влево вверх. При этом Поверхностный потенциал Ч*',, при
заданном напряжении смеще* ния существенно уменьшается, что приводит к
возрастанию С.
5. Влияние радиации. На рис. 38,а (Л. 42] показана МДП-структура под
воздействием ионизирующей радиации (электроны {Л. 42], рентгеновские лучи
[JI. 43] или у-лучи |[Л. 44]). При прохождении радиации сквозь слой
изолятора генерируются электронно-дырочные пары. Так как дырки
малоподвижны |[Л. 37], то они захватываются ловушками или рекомбинируют с
электронами, прежде чем покинуть изолятор. С другой стороны, электроны
более подвижны и могут дрейфовать к положительно заряженному электроду.
Так как Si не способен снабжать S1O2 электронами (вследствие большого
потенциального барьера та границе раздела Si-S1O2), образуется
положительный пространственный заряд Qb вблизи границы раздела. На рис.
38,6 показан процесс образования этого заряда в МДП-диоде при
положительном смещении, приложенном к металлическому электроду (Л. 44].
При росте положительного пространственного заряда электрическое поле в
окисле между областью пространственного заряда и положительным электродом
убывает. Если поле в этой области уменьшается до нуля, дальнейшее
накопление заряда прекращается до тех пор, пока при-
4м| р г]
?
т 1 k
и
Начальное Промежу- Конечное
точное, стационарное состояние
Рис. 38. Схема воздействия ионизирующей радиации на МДП-структуру (а) [Л.
42] и образование положительного заряда вблизи границы раздела Si-Si02
(б) [Л. 44].
ложеио смещение. Отсюда следует, что заряд Qn зависит от U. На основе
этой модели можно предсказать [Л. 45], что: 1) зависимость образующегося
заряда от дозы радиации имеет вид [1-
еХр/ const ?>п)]; 2) образующийся заряд увеличивается линейно
со смещением любой полярности; 3) заряд зависит от полной поглощенной
