Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
-ч. Т2 ехр (4-" VU/Т)
Эмис- сия Френкеля-Пула р -я (Фв - V kT ~U ехр (-{-2а
Vu/T)
Туннельная или полевая эмиссия 82 ехр 4 Vbr? (?ФВ)3/2 3qhS
-ч. U2 ехр (-b/U)
Огра- ничение прост- ранст- венным зарядом 8егрТ72 J - ыз
•ч.и2
Оми- ческий / <? ехр (-ABae/kT) •ч*U ехр (с/Т)
Ионная проводимость S J -у- ехр (-AEai/kT) и -ч. -ут ехр (-
d'T)
1 А*-эффек-швиая константа Ричардсона; ЧГВ~высота барьера; ? -
электрическое поле; ¦- динамическая диэлектрическая проницаемость
изолятора; т*_
эффективная масса; d-толщина изолятора; АЕав -энергия активации
электронов'; ДЯо4-энергия активации ионов, а =
" V = (Оо. Положительные константы, не зависящие or V или Т, - Ь, с и с1
сравнение цветов ([JI. 60] пленок Si02 и Si3N4; здесь же указаны их
толщины.
.Основные механизмы проводимости в изоляторах представлены в табл. 9-4.
Процесс эмиссии Шоттки аналогичен процессу, который обсуждался выше в гл.
8; перенос носителей определяет термоионная эмиссия через границу раздела
металл - изолятор или изолятор- полупроводник. Откладывая ln(//T2) в
зависимости от 1/Т, можно получить семейство линий- с наклоном,
характеризующим диэлектрическую проницаемость изолятора е,. Другим
механизмом является эмиссия Френкеля - Пула |[Л. 65а]: процесс
облегченного электрическим полем термического возбуждения захваченных
ловушками электронов в зону проводимости. Для ловушек с кулонов-ским
потенциалом выражение фактически идентично выражению для эмиссии Шоттки.
Однако высота барьера здесь совпадает с глубиной потенциальной ямы
ловушки, и величина Y qfnбг больше в 2 раза, чем для случая эмиссии
Шоттки, так как понижение барьера вдвое обусловлено фиксированным
положительным зарядом. Туннельная эмиссия - процесс ионизации полем
захваченных ловушками электронов в зону проводимости- или туннелирование
электронов из металла с энергией Ферми в зону проводимости изолятора.
Туннельная эмиссия весьма сильно зависит от приложенного напряжения, но
существенно не зависит от температуры. Ток, ограниченный пространственным
зарядом, определяется инжек-цией носителей в изолятор в отсутствие
компенсирующего заряда. Для униполярного случая без ловушек ток
пропорционален квадрату величины приложенного напряжения. При низких
напряжениях и высоких температурах ток может вызываться термически
возбужденными электронами, перескакивающими от одного изолирующего
состояния к другому (прыжковый механизм). Этот механизм приводит к
омической характеристике, экспоненциально зависящей от температуры.
Ионная проводимость аналогична процессу диффузии. В основном ионная
проводимость на постоянном токе убывает с течением времени при приложении
электрического -поля, так как ионы не могут легко инжектироваться в -
изолятор или экстрагироваться из него. Лосле некоторого протекания тока
образуется положительный или отрицательный заряд вблизи границы раздела
металл - изолятор и изолятор - полупроводник, что приводит к нарушению
распределения потенциала. При удалении прикладываемого поля остается
большое внутреннее поле, однако не все ионы Движутся назад к своему
равновесному положению, что приводит к гистерезисным явлениям.
Для определенного изолятора каждый из механизмов проводимости может
.преобладать в некотором диапазоне температур и напряжений. Эти процессы
не вполне независимы друг от друга и должны тщательно изучаться.
Например, было обнаружено, что при большом пространственном заряде
характеристики туннелирования весьма похожи на эмиссию Шоттки (Л. 61].
Пример изучения процессов проводимости в пленках нитрида кремния |[Л. 62]
показа(r) на рис. 49. Пленка осаждалась на вырожденную кремниевую подложку
(0,0005 ом • см; /?-тип) при реакции SiCl4 и ЫНз при 1 000 °С. МДП-диоды
были изготовлены напылением Au на пленку Si3N4. На рис. 49,а показан 1п/
в зависимости
от V &. Кривая со знаком "+" (Au) означает положительное, а со знаком "-"
(Au) - отрицательное смещение на золотом электроде. Видно, что две кривые
фактически идентичны. Небольшое различие (при слабых полях) определяется
разницей высоты барьеров на границах раздела золото'-нитрид и нитрид -
кремний. Можно отметить существование двух различных областей. В области
сильных п-олей ток меняется экспоненциально в зависимости от корня
11Г1 а
10~8
ч10~9 10гЮ
10Г1'.
10-"
10~'3 АГ
Рис. 49. Вольт-амперные характеристики Au-Si3N4-Si диодов при комнатной
температуре (а) (п+, р=0,0005 ом-см-, Т=298°К; нло-
О
щадь-1,6 • 10-4 см2; d=500 А) и зависимость тока от 1/Т для диода со
структурой Au-iSi3N4-'Si при поле 5,3• 106 в/см (б). Полная плотность
тока разделяется на три компоненты: 1\ (ток Френкеля- Пула), }2
(туннельный ток) и /3 (ток омической проводимости)
(<§ =5,3 -106 в/см; d-Л 100 А) (Л. 62].
квадратного из величины поля .[Л. 62, 63]; при низких полях
характеристики являются омическими. Было обнаружено, что при комнатных
температурах характеристики плотности тока, снятые в зависимости от поля,
существенно не зависят от толщины пленки, площади прибора, материалов
