Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
электрода и полярности. Этот результат определенно указывает на то, что
ток скорее контролируется объемом чем электродами, в противоположность
диодам с барьером Шоттки. При низких температурах вольт-амперные
характеристики почти не зависят от температуры. На рис. 49,6 отложена
зависимость тока от 1/Т, измеренная при поле 5,3 Мв/см. Можно выделить
три компоненты тока J в нитридных пленках; J\, /2 и /3.
а) б)
Ток J\ определяется эмиссией Френкеля - Пула и преобладает при высоких
температурах и сильных полях. Динамическая диэлектрическая постоянная
ё;/со, полученная из наклона кривой на рис. 49, оказалась равней 5,5, это
значение согласуется с оптическими измерениями |[Л. 60]. Ток Ji
определяется туннельной эмиссией захваченных ловушками электронов в зону
проводимости, он преобладает при низких температурах и высоких полях. Ток
/3- омическая компонента, дающая вклад в полный ток при низких полях и
промежуточных температурах.
. 1,8 г,о г,г г,ь г,е y/cJ^xw* 0 100 т 300 w °к
а) б)
Рис. 50 Вольт-амперные кривые для типичных пленок нитрида крем-
О
ния толщиной 11000 А, диаметром 0,2 мм при четырех температурах (а) и
зависимость корня квадратного из величины диэлектрической прочности от
температуры для пленок нитрида кремния (б) [Л. 62].
\!e/c7txWs
x/es
z
Другим важным параметром изолятора является максимальная диэлектрическая
прочность. На рис. 50,в показана вольт-амперная характеристика, снятая
при четырех значениях температуры на ти-
О
личной пленке нитрида кремния толщиной 1 100 А и диаметром 0,2 мм [Л. 62]
При возрастании напряжения наблюдается соответствующее увеличение тока
проводимости. Наконец, после достижения максимума напряжения наблюдается
его убывание при дальнейшем увеличении тока и происходит разрушающий
пробой. Указанный максимум напряжения, деленный на толщину пленки, и
определяется как максимальная диэлектрическая прочность.
Исходя из предположения о том, что при высоких температурах максимальная
диэлектрическая прочность <§т ограничивается тепловой нестабильностью
структуры, можно оценить (gm, приравнивая выделяемое джоулево тепло
рассеиваемому; это дает (Л. 62]:
где Т - температура; Фв - высота барьера; С - слабо меняющаяся функция
величины Т.
При низких температурах достигается собственная диэлектрическая
прочность; <gm достигает постоянной величины [Л. 64]. На
Vs
рис. -50,6 показана зависимость Qm от Т. Необходимо заметить, что при
высоких температурах <§т меняется с температурой примерно в соответствии
с уравнением (70), а при низких температурах - не зависит от температуры.
Аналогичные результаты были получены и для других изолирующих пленок.
Например, явления 'переноса в пленке окиси тантала (Л. 65], окиси кремния
[Л. 66] в основном такие же, как и в пленках нитрида кремния.
Максимальная диэлектрическая прочность около 4 • JO7 в/см наблюдалась в
пленках двуокиси кремния [Л. 67].
9
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ (IGFET)
И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ПОВЕРХНОСТНЫЕ
ПОЛЕВЫЕ ЭФФЕКТЫ
1. Введение
Слово IGFET1 означает нолевой транзистор с изолированным затвором. Так
как структура затвора большинстве IGFET MOS-ти-па, эти приборы часто
называют также MOSFET .(полевой затвор со структурой металл - окисел -
полупроводник) или MOS-транзи-стор (со структурой металл - окисел -
полупроводник).
Впервые принцип действия поверхностного полевого транзистора был
продемонстрирован в начале 30-х годов, когда Лилиен-фельд 1[Л. 1] и Хейл
|[Л. 2] .предложили использовать поверхностный полевой эффект для
создания усилителя в твердом теле. Это явление впоследствии (1940 г.)
было изучено Шокли и Пирсоном (Л. 3]. В 'I960 г. Канг и Аттала [Л. 4]
создали первый кремниевый МОП-транзистор, использовав в качестве
изолятора затвора термический окисел кремния. Основные характеристики
прибора позже были изучены Ихантола и Моллом [Л. 5, 6], Са [Л. 7],
Хофштейном и Хейманом [Л. в]. Технология и применение МДП-транзистора
были недавно описаны Воллмарком и Джонсоном [Л. 9].
Так как ток в МДП-транзисторе переносится носителями только одной
полярности (например, электронами в п-канальном приборе), то этот тип
транзистора обычно относят к униполярным при-
' В отечественной литературе эти транзисторы принято называть МДП
(металл-диэлектрик-полупроводник) транзистор, МИП (металл-изолятор-
полупроводник) транзистор или МОП, если в качестве изолятора используется
окисел, МНОП - если изолятор состоит из слоев нитрида кремния и стекла. В
дальнейшем тексте мы будем обозначать их МДП-транзистор. {Прим. ред.)
борам в отличие от биполярных транзисторов, где в переносе тока и
.механизме управления .прибором участвуют носители тока обеих
полярностей, т. е. электроны и дырки. Итак, МДП-транзистор является
разновидностью униполярных транзисторов. С одним представителем этого
семейства-полевым транзистором с р-п переходом в качестве затвора,
предложенным Шокли i[JL 10] в 1952 г., мы уже познакомились в гл. 7. В
