Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [ 34 ] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

Глава 6

СВОЙСТВА СТРУКТУР МЕТАЛЛ- ОКИСЕЛ- ПОЛУПРОВОДНИК

В отличие от полевых транзисторов с управляющим р-п-переходом, параметры приборов на основе МДП-структур в значительной степени определяются свойствами поверхности полупроводника. Большую роль играют также свойства объема диэлектрика и границы раздела диэлектрик-металл. Наиболее изученной и широко применяемой на практике является структура металл - окиськремния - кремний, которая и будет подробно рассмотрена в данной главе.

6.1. Идеализированная МОП-структура

Энергетические диаграммы идеализированной структуры для случая полупроводника р-типа изображены на рис. 54 *, где приняты следующие обозначения: cpso, фмо - высоты потенциальных барьеров на границах полупроводник - диэлектрик и металл - диэлектрик; - положение уровня Ферми, отсчитанное от середины запрещенной зоны Ei\ Ее, Ev - положения дна зоны проводимости и верха валентной зоны полупроводника, t,c - t,c-tv- Потенциал полупроводника фх определяется как ф(а:) ="£{(00)-Ei{x), Ei{oo) -энергетическое положение середины запрещенной зоны при а:->оо. На границе диэлектрик- полупроводник (х=Хо) ф(а:о)=Ф8-

При внешнем напряжении Ус, равном нулю, уровень Ферми постоянен во всей системе и

где Voo - падение потенциала на диэлектрике. Обозначив через ФМ8 контактную разность потенциалов металл - полупроводник в отсутствие загиба зон, получим:

ФМ5 = ФМ0 -(ф50 + +Фя); . (6-1)

для 100 имеем

Voo=-Фм5-ф.о. (6-2)

Как будет показано ниже, поверхностный потенциал фво можно выразить через Voo и ряд параметров окисла, так что обе величины (Voo и ф8о) определяются из (6-2), если известно значение Фм8. Величина фмв, в свою очередь, может быть найдена по

* Для упрощения вместо величин энергий q(S>{q - заряд электрона) на рпс. М указаны значения потенциалов (р. <



соотношению (6-1) на основании экспериментальных измерений потенциальных барьеров фмо и Фво-

Из опытных данных [148, 149] следует, что высота барьера на границе Si-ЗЮг практически не зависит, от степени легирования и ориентации кристалла и равна ф8о = 3,25В. Значения фмо для различных металлов [148, 149] приведены в табл 6.1, а вычисленные на основании этих данных величины Фм8 - в табл. 6.2.

При Vc = 0 (рис. 54, а) изгиб энергетических зон полупроводника возникает под действием поля контактной разности потенциалов фмя- Для рассматриваемого конкретного случая плотность отрицательного заряда в ОПЗ {xox<Xci) постоянна и определяется концентрацией акцепторов Na- Нейтральность системы поддерживается за счет положительного заряда.

Металл



р Сх)

-дункция

Дырки Анцепторные ионы

Заряд на поверхности металла


EQ=0

Заряд акцепторных / ионов

I 1 Хо ха

Рис. 54. Упрощенные энергетические диаграммы МОП-структуры на основе р-кремния в отсутствие объемного заряда окисла: а -напряжение смещения Мс равно нулю;-б-1/о = фмв<0 (условие плоских зон); е-1о<фм8 (аккумуляция); г-1/о>0 (инверсия)



I .

-Ef -Ev

-----------£

Аккумуляция дырок

Аккумуляция

Гдырок


J Акцепторные ионы

р.(х)

Инверсоонныи слой

j Обедненная I у область


Заряд акцепторных ионов Зарлд инеерсионноео

СЛОР

• ! I





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [ 34 ] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99