Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
комнатной температуре (сплошные линии) и при температуре жидкого азота
(пунктирные линии) для трех кремниевых
О
образцов р++-типа с толщиной окисного слоя -20 А, полученных различными
способами. Необходимо отметить, что слабое влияние температуры на вольт-
амперные характеристики является типичным для туннелирования. Образцы
имели окисный слой, выращенный в сухом кислороде (верхняя кривая), в
водяном паре (средняя кривая) и в водяном паре .с последующим 30-мин
отжигом в водо-
роде при 350 °С (нижняя кривая . онная структура полупроводника более
отчетливо отражается на вольт-амперной характеристике нижней кривой; для
отрицательных напряжений ток постепенно возрастает с ростом смещения до
(-U)"1 в, далее ток начинает более резко увеличиваться с ростом
напряжения. Указанное напряжение соответствует ширине запрещенной зоны
при сильном легировании (с учетом наличия хвостов состояний на краю
зоны).
Рис. 46. Измеренные вольт-амперные характеристики при комнатной
температуре (сплошные линии) и температуре жидкого азота (пунктирные
линии) (р-Si 0,0006 ом • см) (а) и соответствующие кривые проводимости
(б) (dl/dU) [Л. 53].
Г - окисление в сухом кислороде; 2 - окисление в водяном паре; 3 -
окисление в водяном паре и отжиг в водороде.
Предсказанное отрицательное сопротивление при малых отрицательных
напряжениях, вероятно, маскируется при туннелировании электронов из
металла на поверхностные состояния, как обсуждалось ранее. Вольт-амперные
характеристики двух остальных образцов в принципе не отличаются от
характеристик рассмотренного образца, однако наблюдается существенное
возрастание тока в диапазоне напряжении, соответствующих энергии
запрещенной зоны (-1,1 е<П<0). Если этот ток связать с плотностью
поверхностных состояний, то на основе анализа рис. 46,а можно сделать
б)
Рис. 47. МДП вольт-фарадные характеристики (а), измеренные на
О
различных частотах (кремний p-типа, р=0,0006 ом-см, d=20 А, на вставке
показана эквивалентная схема для туннельного МДП-диода) и проводимость
структур (б) [Л. 53].
1 - окисление в водяном паре; 2 - окисление в водяном паре и отжиг в
водороде.
вывод о возрастании плотности поверхностных состояний в образцах на один
или два порядка величины соответственно при переходе от отожженных в
водороде слоев к выращенным в водяном паре и в сухом кислороде. Этот
результат качественно согласуется с экспериментально наблюдаемым
возрастанием поверхностных со-
о
стояний при росте окисных слоев большой толщины (d"1 ООО А) {Л. 9] в
сухом кислороде или в водяном паре с последующим
(0,0006 ом- см)
*580 I 560
0,5пгц
отжигом. Влияние зониой структуры .полупроводника и плотности
поверхностных состояний на туннельные характеристики более отчетливо
проявляется при построении кривых проводимость--напряжение (рис. 46,6).
Эти кривые получены при дифференцировании кривых, показанных на рис.
46,а. Сплошные и пунктирные кривые по-прежнему соответствуют измерениям
при комнатной температуре и температуре жидкого азота. Левые ветви
кривых, построенные для <U<-1,1 в на рис. 46,6, относятся к
туннелированию электронов из металла в зону проводимости; правые ветви
(U>0) соответствуют туннелированию из валентной зоны в металл.
Минимум проводимости при малых отрицательных напряжениях получается в
результате сложения двух компонент тока, как показано на' рис. 45,г.
Отрицательная проводимость первой компоненты, очевидно, компенсируется
большой положительной проводимостью, связанной с поверхностными
состояниями.
На рис. 47 показаны емкость и проводимость, измеренные на переменном токе
в зависимости от приложенного напряжения и частоты. Кривая емкости для
неотожженных образцов, как и ожидалось, лежит выше, чем для отожженных,
из-за вклада емкости поверхностных состояний. Более сильная частотная
зависимость наблюдается на кривых проводимости, измеренных на переменном
сигнале. Для частот /<5 кгц кривые проводимости фактически идентичны
кривым, показанным на вставке рис. 46,6. Основная эквивалентная схема,
учитывающая туннельный эффект, показана на вставке рис. 47,а.
Расположенная слева от линии АЛ RC-схема идентична схеме, показанной на
рис. 16,а для толстых пленок изолятора. Величина RT на схеме -
эквивалентное сопротивление для туннелирования электронов в валентную
зону и (или) зону проводимости полупроводника р++-типа (что соответствует
компонентам тока 1 и 3 на рис. 45,в и д); RTS - эквивалентное
сопротивление для туннелирования электронов на поверхностные состояния и
рекомбинации их там с дырками в валентной зоне (что соответствует
компоненте тока 2 на рис. 45,г и <3). Как RT, так и Rrs являются
функциями приложенного напряжения. Схему можно
упростить, включив частотно-зависимую емкость С (со) параллельно
с частотно-зависимой проводимостью G(co). Можно показать, что
d[C((i))]/d(i)sc:0 и что d[G((i))]/<2(o^0. Для тонких окисных слоев и
(или) сильнолегированных подложек емкость будет возрастать от своего
