Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
дозы и не зависит от интенсивности радиации.
Рис. 39. Экспериментальные результаты [JI. 45] по измерению сдвига
напряжения МДП-структуры в зависимости от дозы у-излучения Со60.
Заряд Qr приводит к смещению С->U - характеристики МДП-структуры по оси
напряжений (рис. 39, вставка). Однако при U<О накопление захваченного
заряда вблизи границы раздела металл - изолятор происходит быстрее, чем
вблизи границы раздела изолятор - полупроводник. В этом случае
.пространственный заряд удален на большее расстояние от поверхности
полупроводника и поэтому в меньшей степени влияет на вольт-фарадную
характеристику. На рис. 39 приведены некоторые типичные экспериментальные
результаты [Л. 45] измерения сдвига напряжения в зависимости от дозы
облучения у-лучами Со60. Мы видим, как это было отмечено, что сдвиг
напряжения при положительном смещении существенно больше сдвига при
отрицательном смещении. Экспоненциальный характер образования заряда
соответствует предсказанному.
5. Поверхностные варакторы лавинные, туннельные и
электролюминесцентные МДП-диоды
Как упоминалось во введении, в настоящее время большинство полезных
применений МДП-диодов относится к изучению поверхности полупроводника и к
пассивации полупроводниковых планарных приборов. Однако МДП-диоды имеют и
другие возможности
применения как для приложений в электронике, так и для изучения
фундаментальных физических параметров и физических процессов. В этом
параграфе мы кратко обсудим некоторые из интересных возможностей
использования МДП-диодов.
1. МДП-поверхностные варакторы. Фактически впервые МДП-структуры были
предложены для использования в качестве поверхностных варакторов в .1959
г. Моллом (Л. 1], Пфаном и Гарретом {Л. 2]. Основными характеристиками
этих приборов являлись зависимость емкости от напряжения и пренебрежимо
малая проводимость иа постоянном токе. Важными параметрами варактора
являются соотношение между максимальной и минимальной емкостями и
предельная частота. МДП-варактор приближается к прибору, отвечающему
идеальному условию резкого изменения емкости от одного значения к другому
(для частот, значительно превышающих частоты, соответствующие достижению
высокочастотной емкости). Отношение максимальной емкости (~Сi) к
минимальной (C'min в области инверсии) может меняться при изменении
толщины изолятора и концентрации легирующей примеси в полупроводнике. Для
больших величин отношения необходимы тонкие пленки изолятора и низкие
концентрации легирования (или высокое удельное сопротивление) (см. рис.
13,6). 'Предельные частоты для малого рабочего сигнала равны {Л. 3, 4]:
где А -площадь; R - сопротивление; С - емкость на единицу площади при
постоянном напряжении смещения.
Для больших переменных сигналов емкость может заметно меняться за период
изменения сигнала; при этом минимальная предельная частота определяется
выражением
где Стах¦-наиболее высокое возможное значение емкости при рабочих
условиях.
Для уменьшения сопротивления необходимо использовать эпитаксиальные слои.
Толщина слоя должна быть не меньше ширины слоя пространственного заряда
при максимальном напряжении
чтобы получить требуемое изменение емкости. Можно показать, что сравнимые
параметры получаются как при использовании варактора с резким р-п
переходом, так и МДП-поверхностного варактора. Предполагают, что
стабильная работа МДП-варакторов с хорошей эффективностью будет в
предельном случае достигнута при частотах, превышающих 300 Ггц, при
использовании тонких эпитаксиальных слоев и тонких изолирующих пленок {Л.
46]. При средних частотах МДП-варакторы эквивалентны варакторам с р-п
переходом, а при еще более низких частотах они превосходят последние.
f" (mi")-----
I
(59)
Действительно, соответствующее соотношение емкостей в ва-пакторе с р-п
переходом достигается только в широком диапазоне напряжений или при
работе в области прямого смещения, где р-п переход является элементом с
потерями. К тому же МДП-варактор легче изготовить. Он может быть сделан с
малой активной площадью, с малой емкостью и без необходимости
изготовления очень низкоомного омического контакта к полупроводнику.
Таким образом, и при высоких частотах в тех случаях, когда высокое
сопротивление контакта к полупроводнику или высокая емкость варак-тора с
р-п переходом являются ограничивающими факторами, применение МДП-
поверхностного варактора имеет преимущество.
2. Лавинное умножение и туннелирование на поверхности полупроводника и
оптические МДП-диоды. Если напряжение смещения прикладывается к МДП-диоду
настолько быстро, что инверсионный слой не успевает образоваться, кривая
"емкость - напряжение" является неравновесной и емкость непрерывно
убывает с ростом напряжения (см. рис. 7,в). В этом случае область
пространственного заряда распространяется в глубь, полупроводника так же,
как для резкого р-п перехода. Если к МДП-диоду прикладывается импульс
напряжения с достаточно высокой амплитудой, так что поле на поверхности
