Электрофизические методы исследования МДП-структур. Бормонтов Е.Н. - 12 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

12
Экспериментальное определение напряжения плоских зон основано на том,
что одним и тем же значениям поверхностного потенциала соответствуют одни и
те же значения ВЧ емкости идеальной и реальной структур . Сначала по формуле
(19) рассчитывается емкость плоских зон C
FB
, а затем по экспериментальной ВЧ
ВФХ находится напряжение на затворе, соответствующее этой емкости .
Зависимость емкости плоских зон от толщины слоя окисла для идеальных МДП-
структур с различным уровнем легирования кремния приведена на рис.5.
Аналогичным образом определяется пороговое напряжение V
T
- напряжение
на затворе, соответствующее началу сильной инверсии приповерхностной ОПЗ
полупроводника . При значении поверхностного потенциала
λ
ln2
=
s
y ВЧ
емкость МДП-структуры достигает минимального значения C
T
(24), поэтому
пороговое напряжение определяется по началу нижней «ступеньки»
высокочастотной C-V кривой.
в) Определение эффективного поверхностного заряда
Как известно , в общем случае в МОП-структуре существуют заряды в
окисле , распределенные по координате определенным образом, а также заряд в
поверхностных состояниях , величина которого зависит от поверхностного
потенциала . Функции ρ(x) и Q
ss
(Y
s
) в общем случае довольно сложны, поэтому
при анализе МОП-структуры вводят понятие так называемого эффективного
поверхностного заряда . По определению , эффективный поверхностный заряд -
это приведенный эквивалент распределенных зарядов, т. е . заряд , который
будучи расположен на границе раздела диэлектрик-полупроводник, оказывает
такое же экранирующее влияние на полупроводник как совокупность всех
реальных зарядов в диэлектрике и на границе полупроводника . Как правило
эффективный поверхностный заряд определяется в состоянии плоских зон. Из
формулы (27) следует
).)0(
FBMSissseff
VCQ
(
=
=
ϕ
ψ
(28)
Таким образом, рассчитав контактную разность потенциалов φ
MS
и определив
напряжение плоских зон V
FB
способом, описанным выше, можно рассчитать
эффективный поверхностный заряд Q
sseff
, а разделив его на заряд электрона -
эффективную плотность поверхностных состояний N
sseff
.
         Э кспе р и ме нта льно е о пр е де ле ни е на пр яж е ни я пло ски х зо н о сно ва но на то м,
что о дни м и те м ж е зна че ни ям по ве р х но стно го по те нци а ла со о тве тствую то дни и
те ж е зна че ни я В Ч е мко сти и де а льно й и р е а льно й стр уктур . Сна ча ла по ф о р муле
(19) р а ссчи ты ва е тся е мко стьпло ски х зо н CFB, а за те м по экспе р и ме нта льно й В Ч
В Ф Х на х о ди тся на пр яж е ни е на за тво р е , со о тве тствую щ е е это й е мко сти .
За ви си мо стье мко сти пло ски х зо н о тто лщ и ны сло я о ки сла для и де а льны х М Д П -
стр уктур с р а зли чны м ур о вне м ле ги р о ва ни я кр е мни я пр и ве де на на р и с.5.
        Ана ло ги чны м о б р а зо м о пр е де ляе тся по р о го во е на пр яж е ни е VT - на пр яж е ни е
на за тво р е , со о тве тствую щ е е на ча лу си льно й и нве р си и пр и по ве р х но стно й О П З
по лупр о во дни ка . П р и зна че ни и по ве р х но стно го по те нци а ла y s = 2 ln λ В Ч
е мко сть М Д П -стр уктур ы до сти га е т ми ни ма льно го зна че ни я CT (24), по это му
по р о го во е   на пр яж е ни е    о пр е де ляе тся по        на ча лу ни ж не й «ступе ньки »
вы со ко ча сто тно й C-V кр и во й.

               в) О п р еделени е эф ф ек т и вно го п о вер хно ст но го за р я да

        Ка к и зве стно , в о б щ е м случа е в М О П -стр уктур е сущ е ствую т за р яды в
о ки сле , р а спр е де ле нны е по ко о р ди на те о пр е де ле нны м о б р а зо м, а та кж е за р яд в
по ве р х но стны х со сто яни ях , ве ли чи на ко то р о го за ви си т о т по ве р х но стно го
по те нци а ла . Ф ункци и ρ(x) и Q ss(Ys) в о б щ е м случа е до во льно сло ж ны , по это му
пр и а на ли зе М О П -стр уктур ы вво дят по няти е та к на зы ва е мо го эф ф е кти вно го
по ве р х но стно го за р яда . П о о пр е де ле ни ю , эф ф е кти вны й по ве р х но стны й за р яд -
это пр и ве де нны й экви ва ле нт р а спр е де ле нны х за р ядо в, т. е . за р яд , ко то р ы й
б удучи р а спо ло ж е н на гр а ни це р а зде ла ди эле ктр и к-по лупр о во дни к, о ка зы ва е т
та ко е ж е экр а ни р ую щ е е вли яни е на по лупр о во дни к ка к со во купно сть все х
р е а льны х за р ядо в в ди эле ктр и ке и на гр а ни це по лупр о во дни ка . Ка к пр а ви ло
эф ф е кти вны й по ве р х но стны й за р яд о пр е де ляе тся в со сто яни и пло ски х зо н. И з
ф о р мулы (27) сле дуе т
                                   Qsseff (ψ s = 0) = Ci (ϕ MS − VFB ).                             (28)
Та ки м о б р а зо м, р а ссчи та в ко нта ктную р а зно стьпо те нци а ло в φMS и о пр е де ли в
на пр яж е ни е пло ски х зо н VFB спо со б о м, о пи са нны м вы ш е , мо ж но р а ссчи та ть
эф ф е кти вны й по ве р х но стны й за р яд Q sseff, а р а зде ли в е го на за р яд эле ктр о на -
эф ф е кти вную пло тно стьпо ве р х но стны х со сто яни й Nsseff.




                                                   12