ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Цель работы: исследование электрофизических характеристик полупровод-
ников и структур на их основе методом вольт-фарадных характеристик, изучение
преобразования измерительных и электрических моделей.
Теоретическое введение
Основные параметры, характеризующие полупроводниковые мате-
риалы
Различные физические величины, характеризующие полупроводник, можно
разделить на несколько групп. К первой группе относятся величины, которые ма-
ло зависят от степени чистоты кристаллов, т.е. от присутствия примесей или ина-
че: от степени дефектности кристалла, если под дефектом понимать и примеси, и
структурные дефекты, и
вообще – любое нарушение периодического поля в кри-
сталле. Примерами параметров, составляющих первую группу, являются ширина
запрещенной зоны E
g
, эффективные массы электронов и дырок
*
n
m и
*
p
m , концен-
трация собственных носителей заряда n
i
, параметр решетки a, температура Де-
бая Θ и ряд других. Величины этой группы называются фундаментальными па-
раметрами (рис. 1).
Параметры полупроводниковых материало
в
фундаментальные
характеристические физико-химические
E , E , E , n , a,
g
D
A
i
Θ
*
n
m
*
p
m
N, N,
, ,
D
A
np
ρσ
μμτ
, ,
np
,
τ
N, H, D
пред.
,
ж
тв
C
C
k
=
Рис. 1. Классификационная схема параметров полупроводниковых материалов
Ко второй группе величин относятся наоборот, такие, которые существенно
зависят от концентрации и вида дефектов, т.е. от содержания примесей, дислока-
ций и вакансий. К ним в первую очередь относятся концентрации самих дефектов
N
D
и N
A
. Затем уже зависимые от них величины: удельное сопротивление (прово-
димость) ρ(σ), подвижности элетронов и дырок μ
n
и μ
p
, времена жизни неравно-
весных носителей заряда τ
n
и τ
p
. Эти величины называются
х
арактеристическими
параметрами.
Параметры, относящиеся к этой группе, в зависимости от содержания дефек-
тов могут изменяться в десятки миллионов раз. Поэтому вариация именно этих
величин и обусловливает применение полупроводниковых материалов в самых
разнообразных приборах. Эти величины могут одновременно являться технологи-
ческими парамет
р
ами, характеризующими качество материала, выпускаемого
промышленностью.
Наконец, имеется и третья группа величин, знание которых необходимо для
26. Пересчитать измерительную схему в последовательную четырехэлемент-
ную, используя в качестве крайних элементов значения емкости и сопротивления,
измеренные в режиме обогащения (пп. 11-16).
27. Пересчитать средние элементы измерительной схемы в параллельную
двухэлементную, определив таким образом емкость и проводимость области про-
странственного заряда.
28. Записать выражение для расчета
2
1
C
.
29. Построить графики зависимостей измеренных C-V и G-V характеристик и
()
см
2
1
Uf
C
=
, для чего в «области управления» «Рабочей тетради» нажать кнопку
«График».
30. Построить прямую линию для определения тангенса угла наклона зави-
симости
()
см
2
1
Uf
C
=
.
31. Рассчитать концентрацию примеси в полупроводнике по формуле (10):
наклона) углаtg(
2
2
0
⋅εε
=
Sq
N
s
.
Контрольные вопросы
1. В чем существенное отличие электрической модели от электрофизической?
2. Каким образом создается р-n-переход? Какую роль выполняет донорная при-
месь? Чем создаются объемные заряды?
3. Что создает электрическое поле в р-n-переходе? От чего зависит высота по-
тенциального барьера? Чем определяется прямой ток в р-n-переходе
?
4. Что такое барьерная и диффузионная емкости?
5. При каких условиях увеличивается полная емкость p-n-перехода?
6. Какие режимы существуют в МДП-структурах при изменении напряжения
смещения?
7. Что влияет на полную емкость МДП-структуры?
8. Каким образом зависит полная дифференциальная емкость МДП-структуры
от увеличения концентрации легирующей примеси при неизменном
напря-
жении на МДП-структуре?
9. Какому напряжению на затворе МДП-структуры соответствуют режим обо-
гащения; режим обеднения; режим инверсии для подложек n- и p-типов?
10. Влияет ли заряд в диэлектрике МДП-структу
р
ы на определение профиля
концентрации легирующей примеси вольт-фарадным методом?
3 42
26. Пересчитать измерительную схему в последовательную четырехэлемент- Цель работы: исследование электрофизических характеристик полупровод-
ную, используя в качестве крайних элементов значения емкости и сопротивления,
ников и структур на их основе методом вольт-фарадных характеристик, изучение
измеренные в режиме обогащения (пп. 11-16).
27. Пересчитать средние элементы измерительной схемы в параллельную преобразования измерительных и электрических моделей.
двухэлементную, определив таким образом емкость и проводимость области про-
странственного заряда.
1 Теоретическое введение
28. Записать выражение для расчета .
C2 Основные параметры, характеризующие полупроводниковые мате-
29. Построить графики зависимостей измеренных C-V и G-V характеристик и риалы
1
= f (U см ) , для чего в «области управления» «Рабочей тетради» нажать кнопку Различные физические величины, характеризующие полупроводник, можно
C2 разделить на несколько групп. К первой группе относятся величины, которые ма-
«График». ло зависят от степени чистоты кристаллов, т.е. от присутствия примесей или ина-
30. Построить прямую линию для определения тангенса угла наклона зави- че: от степени дефектности кристалла, если под дефектом понимать и примеси, и
1 структурные дефекты, и вообще – любое нарушение периодического поля в кри-
симости = f (U см ) .
C2 сталле. Примерами параметров, составляющих первую группу, являются ширина
31. Рассчитать концентрацию примеси в полупроводнике по формуле (10): запрещенной зоны Eg, эффективные массы электронов и дырок mn* и m*p , концен-
2 трация собственных носителей заряда ni, параметр решетки a, температура Де-
N= 2
.
qε s ε 0 S ⋅ tg( угла наклона) бая Θ и ряд других. Величины этой группы называются фундаментальными па-
раметрами (рис. 1).
Параметры полупроводниковых материалов
фундаментальные характеристические физико-химические
Контрольные вопросы
Eg, ED , EA , ni , a, Θ ND , NA , ρ, σ, Nпред. , H, D,
1. В чем существенное отличие электрической модели от электрофизической? μn, μp, τn, τp
m*n m*p C тв
2. Каким образом создается р-n-переход? Какую роль выполняет донорная при- k=
месь? Чем создаются объемные заряды? Cж
3. Что создает электрическое поле в р-n-переходе? От чего зависит высота по- Рис. 1. Классификационная схема параметров полупроводниковых материалов
тенциального барьера? Чем определяется прямой ток в р-n-переходе? Ко второй группе величин относятся наоборот, такие, которые существенно
4. Что такое барьерная и диффузионная емкости? зависят от концентрации и вида дефектов, т.е. от содержания примесей, дислока-
5. При каких условиях увеличивается полная емкость p-n-перехода? ций и вакансий. К ним в первую очередь относятся концентрации самих дефектов
6. Какие режимы существуют в МДП-структурах при изменении напряжения ND и NA. Затем уже зависимые от них величины: удельное сопротивление (прово-
смещения? димость) ρ(σ), подвижности элетронов и дырок μn и μp, времена жизни неравно-
весных носителей заряда τn и τp. Эти величины называются характеристическими
7. Что влияет на полную емкость МДП-структуры?
параметрами.
8. Каким образом зависит полная дифференциальная емкость МДП-структуры
Параметры, относящиеся к этой группе, в зависимости от содержания дефек-
от увеличения концентрации легирующей примеси при неизменном напря-
тов могут изменяться в десятки миллионов раз. Поэтому вариация именно этих
жении на МДП-структуре?
величин и обусловливает применение полупроводниковых материалов в самых
9. Какому напряжению на затворе МДП-структуры соответствуют режим обо- разнообразных приборах. Эти величины могут одновременно являться технологи-
гащения; режим обеднения; режим инверсии для подложек n- и p-типов? ческими параметрами, характеризующими качество материала, выпускаемого
10. Влияет ли заряд в диэлектрике МДП-структуры на определение профиля промышленностью.
концентрации легирующей примеси вольт-фарадным методом? Наконец, имеется и третья группа величин, знание которых необходимо для
42 3
