《半导体表面》PPT课件

《《半导体表面》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第八章半导体表面与MIS结构1、清洁Si表面的获得在10-8～10-9Pa的超高真空状况下机械解理获得SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi§1表面态Inthisimageofasiliconsurface,capturedusingascanningtunnelingmicroscope,patternsarevisibleattheatomicscale.Brightspotsareindividualatoms.实际表面(Si-SiO2)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi

2、SiSiSiOO2、表面能级、表面态、表面态密度（1）表面能级（达姆能级）ECEVx0（2）表面态0V0V(x)ax聚集电子特性表面态密度=悬挂键密度E（3）施主表面态、受主表面态表面态--表面引起的附加电子状态(表面周期势场的中断,表面杂质,表面缺陷)①施主表面态悬挂键上有电子—中性施放电子后呈正电性②受主表面态悬挂键上无电子—中性得到电子后呈负电性受主施主§2表面电场效应1、空间电荷区和表面势采用MOS结构来研究表面电场效应理想情况金属半导体功函数差为零绝缘层不导电无电荷界面上无界面态p-SiSiO2

3、AlVG以p型Si为例，讨论表面电场效应①VG=0平带状态Ec(EF)sEvE0WsWm(EF)m②VG<0EcEv(EF)sqVGWmEi多数载流子堆积状态VG>0EcEv(EF)sWmEi多子耗尽VG>0，并进一步增大EcEv(EF)sWmEi反型层2、表面电荷区的电场、电荷和电容与Vs的关系假设：①半导体表面为一平面，且表面线度远大于空间电荷层厚度。②半导体厚度比空间电荷层厚度大得多。③半导体均匀掺杂，表面空间电荷层中电离杂质浓度相等。④表面层均匀，电荷密度、电场、电势层表面方向不变。⑤表面空间电荷层中的载

4、流子为非简并。p-SiVG0x由一维泊松方程建立电荷密度和电势的关系利用E=-dV/dx，方程两边同乘dV,积分得到:V=Vs，得Es表面处电场强度Vs：表面势半导体表面和内部之间的电势差由高斯定理,则表面电荷面密度:VG<0,VS<0,Qs>0VG>0,VS>0,Qs<0表面电容?F/m2p-Si-VG+应用以上公式讨论具体情况a)多数载流子堆积状态p型Si，VG<0p-Si-VG+Vs<0V<0对于足够大的

5、V

6、、

7、Vs

8、exp(-qV/k0T)》exp(qV/k0T)p型半导体np0

9、用的是exp(-qV/k0T)其他项可以略去。p242b）平带状态VG=0p-SiVGVs=0V(x)=0F函数为0Es=0，Qs=0，c）耗尽状态VG>0p-SiVGVs>0V(x)>0EcEv(EF)sWmEixddd)反型状态(VG>>0)ⅰ临界反型ⅱ弱反型ⅲ强反型表面处少子的浓度=体内多数载流子的浓度表面处少子的浓度少于体内多数载流子的浓度表面处少子的浓度多于体内多数载流子的浓度临界反型条件:EcEv(EF)sWmEiqVBqVBp-SinnVG场氧化层栅氧化层开启电压掺杂浓度、氧化层厚度有关。§3MOS

10、结构的电容-电压特性(C-V特性)VG分为两部分：绝缘区V0、表面势Vsp-SiVGSiO2厚度为d0，其中的电场均匀E0C0加一小交变信号★电荷随电压的改变就表现为电容特性★电容器串联后，总电容量必小于串联组合中任一单独电容器之电容量。归一化的电容电压曲线1、多子堆积状态VG<0VGC/C0002、平带VG=0VGC/C000平带3、多子耗尽C/C000VG4、少子反型C/C000VG低频高频高频、低频为何不同？§4实际MOS结构C-V特性金属-半导体之间存在功函数SiO2存在可动正离子SiO2-Si界面存在固

11、定正电荷SiO2-Si界面态存在Si-SiO2界面固定表面电荷可动离子界面态电离陷阱（1）固定正电荷SioSioSioo④SiSioSioSioSioSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi①②③①硅表面悬挂键②过剩硅离子（氧离子空位）③硅、氧断裂键④杂质Qfc大小与晶向有关Qfc(111)>Qfc(110)>Qfc(100)退火后，Qfc减小--硅和二氧化硅界面上的过剩硅离子是固定表面电荷产生的主要原因。（2）可动离子—钠离子、钾离子、氢化学试剂、玻璃器皿、高温器材、人体玷污电子纯石英材质清洁工艺、钝化层

12、（磷硅玻璃、氮化硅、氧化铝）（3）界面态电荷①本征界面态由不饱和悬挂键形成的界面态②非本征界面态由机械损伤、晶格缺陷、硅氧断裂键、杂质等因素形成的界面态。③界面态上载流子的分布电子占据界面态分布函数ⅰ若界面态具有同一个能量值EsD，界面态密度Ns，则施主界面态上的电子数ⅱ若界面态能量分布在EsD～EsD，范围内：界面态上的电子数目为Nss(E)，则在能量E处，dE能量间隔