- •Введение
- •1. Физические основы работы приборов твердотельной электроники
- •1.1. Зонная структура полупроводников
- •1.2. Собственные и примесные полупроводники
- •1.3. Статистика электронов и дырок в полупроводниках. Концентрация носителей заряда и положение уровня Ферми
- •1.4. Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике
- •1.5. Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике
- •1.6. Определение положения уровня Ферми
- •1.7. Проводимость полупроводников
- •1.8. Токи в полупроводниках
- •1.9. Неравновесные носители. Генерация и рекомбинация носителей
- •1.10. Уравнение непрерывности
- •1.11. Электрические поля в кристаллах
- •2. Контактные явления
- •2.1. Разновидности электрических переходов и контактов
- •2.2. Электронно-дырочный переход
- •Равновесия
- •2.2.2. Контактная разность потенциалов
- •2.2.3. Ширина p-n-перехода
- •2.2.4. Прямое включение р-n-перехода
- •2.2.5. Уровень инжекции
- •2.2.6. Обратное включение р-n-перехода
- •2.2.7. Теоретическая вольт-амперная характеристика
- •2.2.8. Вольт-амперная характеристика реального
- •2.2.9. Вольт-амперная характеристика р-п-перехода в полулогарифмических координатах
- •2.2.10. Пробой р-п-перехода
- •2.2.11. Емкость p-n-перехода
- •2.2.12. Переходные процессы в p-n-переходах
- •2.2.13. Частотные свойства p-n-перехода
- •2.2.14. Эквивалентные схемы р-п-перехода
- •2.2.15. Влияние температуры на свойства
- •2.3. Разновидности электрических переходов
- •2.3.1. Гетеропереходы
- •2.3.2. Контакт полупроводников с одним типом электропроводности
- •2.3.3. Контакт металл – полупроводник. Барьер Шоттки
- •2.3.4. Омические контакты
- •2.3.5. Явления на поверхности полупроводников
- •3.2. Область пространственного заряда в равновесных условиях
- •3.3. Приповерхностная область пространственного заряда
- •3.4. Распределение плотности пространственного заряда, электрического поля и потенциала в идеальной
- •3.5. Вольт-фарадные характеристики идеальной
- •3.5.1. Емкость области пространственного заряда
- •3.5.2. Емкость мдп-структур
- •3.6. Компоненты заряда в реальном диоксиде кремния и их влияние на вфх мдп-структуры
- •3.7. Распределение плотности пространственного заряда, электрического поля и потенциала в реальной
- •3.8. Определение параметров мдп-структур на основе анализа c-V характеристик
- •4. Полупроводниковые диоды
- •4.1. Методы изготовления полупроводниковых диодов
- •4.2. Выпрямительные диоды
- •4.3. Варикапы
- •4.4. Стабилитроны
- •4.5. Туннельный и обращенный диоды
- •4.6. Высокочастотные и сверхвысокочастотные диоды
- •4.7. Импульсные диоды
- •5. Биполярные транзисторы
- •5.1. Структура и основные режимы работы
- •5.2. Схемы включения транзистора
- •5.3. Основные физические процессы в биполярных транзисторах
- •5.4. Модуляция сопротивления базы
- •5.5. Статические характеристики биполярных транзисторов
- •Как четырехполюсник
- •5.6. Эквивалентная схема биполярного транзистора
- •5.7. Дифференциальные параметры биполярных транзисторов в схеме с общей базой
- •5.8. Дифференциальные параметры биполярных транзисторов в схеме с общим эмиттером
- •5.9. Малосигнальные параметры биполярного транзистора
- •5.9.1. Система z-параметров
- •5.9.2. Система y-параметров
- •5.9.3. Система h-параметров
- •5.10. Частотные и импульсные свойства транзисторов
- •6. Тиристоры
- •6.1. Структура и принцип действия
- •6.2. Основные параметры тиристоров
- •6.3. Феноменологическое описание вах динистора
- •6.4. Способы включения и выключения тиристоров
- •7. Полевые транзисторы и приборы с зарядовой связью
- •7.1. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
- •7.3. Эффект смещения подложки
- •7.4. Эквивалентная схема мдп‑транзистора
- •7.5. Подпороговые характеристики мдп-транзистора
- •7.6. Приборы с зарядовой связью
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
3.6. Компоненты заряда в реальном диоксиде кремния и их влияние на вфх мдп-структуры
Из всех МДП-структур наиболее важными являются структуры металл - SiO2 - Si (МОП). МОП-структура создается в результате высокотемпературного окисления Si. Слой SiO2, возникающий при термическом окислении кремния, следует рассматривать как некоторый переходный слой с переменным химическим составом. Предполагается, что на границе монокристаллического кремния находится моноатомный слой нестехиометрического SiOx (1 < х < 2; стехиометрическому диоксиду кремния соответствует х = 2), представляющий собой неполностью окисленный кремний. Затем следует промежуточный слой SiО2 с большими внутренними механическими напряжениями толщиной 10 - 40 Å, который переходит в обычный ненапряженный стехиометрический аморфный SiО2 (рис. 3.10).
Рис. 3.10. Классификация зарядов, присутствующих в термически окисленном кремнии
Отличие характеристик реальных МОП-структур от соответствующих зависимостей идеальных МДП-структур обусловлено рядом факторов, к их числу относятся:
1) возникновение на границе раздела SiO2 - Si поверхностных ловушек и зарядов в оксиде;
2) различие работ выхода алюминия и кремния;
3) образование подвижных ионов, которые могут внедряться в кристаллическую решетку SiO2, в ходе процесса оксидирования.
В настоящее время принята следующая классификация этих зарядов и ловушек (рис. 3.10):
1. Заряд, захваченный поверхностными ловушками Qit, представляющий собой заряд электронных состояний, которые локализованы на границе раздела Si - SiО2 и энергия которых лежит в глубине запрещенной зоны полупроводника. Эти поверхностные состояния, называемые также быстрыми (а иногда пограничными), могут достаточно быстро перезаряжаться, обмениваясь электронами (дырками) с кремнием. Поверхностные состояния, вероятно, обусловлены избыточными атомами кремния (трехвалентным кремнием), избыточным кислородом или примесными атомами.
2. Фиксированный заряд окисла Qf, расположенный на границе раздела или в непосредственной близости от нее. Величина этого заряда остается практически постоянной во всей области электрических полей, характерных для рабочего диапазона напряжений на МОП-структурах.
3. Заряд, захваченный в окисле Qоt. Этот заряд возникает, например, при рентгеновском облучении структур или инжекции горячих электронов в диэлектрик. Соответствующие ловушки более или менее равномерно распределены по толщине слоя окисла.
4. Заряд подвижных ионов Qm (например, ионов натрия, калия, то есть щелочных металлов, которые легко абсорбируется диоксидом кремния), который может перемещаться в слое окисла при стрессовых термополевых нагрузках МДП-структур.
Величину всех этих зарядов обычно относят к единице площади границы раздела, то есть измеряют в единицах Клсм-2. Вместо Qi часто используют соответствующие поверхностные плотности, которые обозначают символом Ni с теми же индексами (Nt = Q/q - число зарядов на 1 см2). Поскольку энергетические уровни состояний, захватывающих поверхностный заряд Qit, непрерывно распределены в запрещенной зоне полупроводника, полезной характеристикой является энергетическая плотность поверхностных состояний
, [число зарядов/(см2эВ)]. (3.37)
Поверхностные состояния и заряд в оксиде влияют на форму ВФХ, сдвигая и растягивая ее вдоль оси напряжений (рис. 3.11). Положение реальных ВФХ характеризуется так называемым сдвигом напряжений плоских зон VFB, определяемым по отношению к ВФХ идеальной МДП-структуры.
Рис. 3.11. Сдвиг ВФХ вдоль оси напряжений, обусловленный положительным или отрицательным фиксированным зарядом оксида: а – для полупроводника р-типа;
б - для полупроводника п-типа