Электрофизические методы исследования МДП-структур. Бормонтов Е.Н. - 10 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

10
контактной разности потенциалов между полупроводником и металлом
ϕ
MS
,
потерь в диэлектрике и поляризационных явлений, приводят к отличию свойств
идеальной и реальной МДП-структур . Сопоставление идеальных и реальных
вольт- фарадных характеристик лежит в основе емкостных методов исследования
МДП-структур .
3.Обработка равновесных высокочастотных вольт-фарадных характеристик
а) Определение толщины диэлектрика, типа и уровня легирования
полупроводника
В соответствии с видом зависимости ВЧ ВФХ, имеющей вид плавной
ступеньки, легко идентифицируется тип проводимости полупроводника : для n-
типа верхний уровень ступеньки C-V кривой направлен в сторону положительных
V
g
, а нижний – в сторону отрицательных V
g
, а для p-типа – наоборот.
Поскольку ёмкость МДП-структуры в области обогащения определяется
геометрической ёмкостью диэлектрика , можно легко найти толщину диэлектрика
по значению ёмкости МДП-структуры в области обогащения C
i
i
i
i
C
S
d
ε
=
(25)
при известных значениях диэлектрической проницаемости диэлектрика ε
i
и
площади структуры S.
Поскольку ВЧ ёмкость МДП-структуры в области сильной инверсии не
зависит от V
g
и определяется только толщиной диэлектрика и степенью
легирования полупроводника , то при известной толщине диэлектрика d
i
концентрацию примеси в полупроводнике N
B
можно рассчитать по отношению
максимальной C
i
и минимальной C
T
емкостей МДП-структуры [1]:
isi
T
i
iBi
i
B
nqd
C
C
nNkT
n
N
22
2
2
1
)ln(4
ε
ε
−
= . (26)
Уравнение (26) относительно N
B
решается итерационными методами .
Построенные на основе решения этого уравнения номограммы приведены на
рис.4.
б) Определение напряжения плоских зон и порогового напряжения
Напряжением плоских зон V
FB
называется напряжение на затворе,
соответствующее нулевому значению поверхностного потенциала МДП-
структуры. Для идеальной структуры V
FB
=0, а в реальной МДП-структуре
поверхностный заряд и контактная разность потенциалов между металлом и
полупроводником приводят к тому, что для выпрямления энергетических зон в
полупроводнике к металлическому электроду необходимо приложить напряжение
.
i
sseff
MSFB
C
Q
V −= ϕ (27) 
ко нта ктно й р а зно сти по те нци а ло в ме ж ду по лупр о во дни ко м и ме та лло м ϕ MS ,
по те р ьв ди эле ктр и ке и по ляр и за ци о нны х явле ни й, пр и во дятк о тли чи ю сво йств
и де а льно й и р е а льно й М Д П -стр уктур . Со по ста вле ни е и де а льны х и р е а льны х
во льт-ф а р а дны х х а р а кте р и сти к ле ж и тв о сно ве е мко стны х ме то до в и ссле до ва ни я
М Д П -стр уктур .

3.О бработк а равн овесн ых высок очастотн ых вол ьт-ф арадн ых х арак тери сти к

           а ) О п р еделени е т о лщи ны ди элек т р и к а , т и п а и ур о вня леги р о ва ни я
                                          п о луп р о во дни к а
         В со о тве тстви и с ви до м за ви си мо сти В Ч В Ф Х , и ме ю щ е й ви д пла вно й
ступе ньки , ле гко и де нти ф и ци р уе тся ти п пр о во ди мо сти по лупр о во дни ка : для n-
ти па ве р х ни й ур о ве ньступе ньки C-V кр и во й на пр а вле н в сто р о ну по ло ж и те льны х
Vg, а ни ж ни й – в сто р о ну о тр и ца те льны х Vg, а для p-ти па – на о б о р о т.
         П о ско льку ёмко стьМ Д П -стр уктур ы в о б ла сти о б о га щ е ни я о пр е де ляе тся
ге о ме тр и че ско й ёмко стью ди эле ктр и ка , мо ж но ле гко на йти то лщ и ну ди эле ктр и ка
по зна че ни ю ёмко сти М Д П -стр уктур ы в о б ла сти о б о га щ е ни я Ci
                                                       εS
                                               di = i                                             (25)
                                                       Ci
пр и и зве стны х зна че ни ях ди эле ктр и че ско й пр о ни ца е мо сти ди эле ктр и ка εi и
пло щ а ди стр уктур ы S.
         П о ско льку В Ч ёмко стьМ Д П -стр уктур ы в о б ла сти си льно й и нве р си и не
за ви си т о т Vg и о пр е де ляе тся то лько то лщ и но й ди эле ктр и ка и сте пе нью
ле ги р о ва ни я по лупр о во дни ка , то пр и и зве стно й то лщ и не ди эле ктр и ка di
ко нце нтр а ци ю пр и ме си в по лупр о во дни ке NB мо ж но р а ссчи та тьпо о тно ш е ни ю
ма кси ма льно й Ci и ми ни ма льно й CT е мко сте й М Д П -стр уктур ы [1]:
                                        NB       4ε i2 kT ln( N B ni )
                                             =              2
                                                                        .                         (26)
                                        ni      Ci        2
                                                C − 1 d i ε s q ni
                                                                    2

                                                T        
         У р а вне ни е (26) о тно си те льно NB р е ш а е тся и те р а ци о нны ми ме то да ми .
П о стр о е нны е на о сно ве р е ш е ни я это го ур а вне ни я но мо гр а ммы пр и ве де ны на
р и с.4.

       б) О п р еделени е на п р я ж ени я п ло ск и хзо н и п о р о го во го на п р я ж ени я

        Н а пр яж е ни е м пло ски х зо н VFB на зы ва е тся на пр яж е ни е на за тво р е ,
со о тве тствую щ е е нуле во му зна че ни ю по ве р х но стно го по те нци а ла М Д П -
стр уктур ы . Д ля и де а льно й стр уктур ы VFB=0, а в р е а льно й М Д П -стр уктур е
по ве р х но стны й за р яд и ко нта ктна я р а зно сть по те нци а ло в ме ж ду ме та лло м и
по лупр о во дни ко м пр и во дят к то му, что для вы пр ямле ни я эне р ге ти че ски х зо н в
по лупр о во дни ке к ме та лли че ско му эле ктр о ду не о б х о ди мо пр и ло ж и тьна пр яж е ни е
                                                        Q sseff
                                         V FB = ϕ MS −           .                              (27)
                                                          Ci

                                                   10

Страницы