ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
9
обогащении, с ростом V
g
асимптотически стремится к «чистой» ёмкости окисла
C
i
(кривая (а ) на рис.4).
Когда измерительный переменный сигнал меняется быстро, а
постоянное напряжение смещения - медленно , неосновные носители заряда в
инверсионном слое не успевают реагировать на переменный тестовый сигнал. В
таком режиме , который называется высокочастотным, ёмкость МДП-
структуры соответствует последовательному соединению емкостей
диэлектрика и обеднённой области , как и в режиме обеднения. Но при этом
толщина ОПЗ достигает своего максимального значения W
m
, определяемого
соотношением
A
iAs
A
Bs
A
invss
m
Nq
nNkT
qNqN
W
2
)(
)ln(44
2
εϕε
ψε
===
. (21)
Поэтому с ростом напряжения смещения толщина ОПЗ и ёмкость МДП-
структуры будут оставаться постоянными (кривая (б ) на рис.3).
Важной характеристикой МДП-структуры является так называемое
пороговое напряжение V
T
, при котором начинается сильная инверсия (
Bs
ϕ
ψ
2
=
).
Используя формулу (17), находим
B
i
Bssc
T
C
Q
V ϕ
ϕ
ψ
2
)2(
+
=
−=
. (22)
Если пространственный заряд в полупроводнике аппроксимировать
выражением
mABssc
WqNQ
−
=
=
)2(
ϕ
ψ
, то с учетом (21) получим
B
i
BAs
T
C
qN
V ϕ
ϕε
2
4
+=
. (23)
Соответствующее значение дифференциальной ёмкости идеальной МДП-
структуры называется пороговой ёмкостью
msii
i
T
Wd
С
)( εε
ε
+
= , (24)
и соответствует минимальной высокочастотной ёмкости МДП-структуры.
Наконец, кривая (в) на рис.3 соответствует вольт - фарадной характеристике
МДП-структуры в условиях глубокого неравновесного обеднения. Она
соответствует такому режиму измерений, когда затворное напряжение меняется
быстрее, чем происходят процессы генерации носителей в приповерхностном
обедненном слое. Поскольку в этом случае инверсионный слой вообще не
образуется, ширина обедненной области W превышает величину W
m
,
соответствующую режиму инверсии, и теоретическая емкость МДП-структуры не
имеет минимума , однако на практике в области достаточно высоких напряжений
кривая (в) становится пологой в результате лавинного пробоя полупроводника .
Глубокое неравновесное обеднение можно также наблюдать и тогда , когда
изолирующий слой под затвором обладает слабой проводимостью и неосновные
носители не в состоянии накопиться в достаточной степени, чтобы возник
инверсионный слой в полупроводнике .
Нарушения требований идеальности МДП-структуры, такие как наличие
поверхностных состояний (ПС), фиксированного заряда в диэлектрике ,
о б о га щ е ни и , с р о сто м Vg а си мпто ти че ски стр е ми тся к «чи сто й» ёмко сти о ки сла
Ci (кр и ва я (а ) на р и с.4).
Ко гда и зме р и те льны й пе р е ме нны й си гна л ме няе тся б ы стр о , а
по сто янно е на пр яж е ни е сме щ е ни я - ме дле нно , не о сно вны е но си те ли за р яда в
и нве р си о нно м сло е не успе ва ю т р е а ги р о ва ть на пе р е ме нны й те сто вы й си гна л. В
та ко м р е ж и ме , ко то р ы й на зы ва е тся вы со ко ча сто тны м, ёмко сть М Д П -
стр уктур ы со о тве тствуе т по сле до ва те льно му со е ди не ни ю е мко сте й
ди эле ктр и ка и о б е днённо й о б ла сти , ка к и в р е ж и ме о б е дне ни я. Н о пр и это м
то лщ и на О П З до сти га е т сво е го ма кси ма льно го зна че ни я Wm, о пр е де ляе мо го
со о тно ш е ни е м
2ε sψ s (inv ) 4ε sϕ B 4ε s kT ln( N A ni )
Wm = = = . (21)
qN A qN A q2N A
П о это му с р о сто м на пр яж е ни я сме щ е ни я то лщ и на О П З и ёмко сть М Д П -
стр уктур ы б удуто ста ва ться по сто янны ми (кр и ва я (б ) на р и с.3).
В а ж но й х а р а кте р и сти ко й М Д П -стр уктур ы являе тся та к на зы ва е мо е
по р о го во е на пр яж е ни е VT, пр и ко то р о м на чи на е тся си льна я и нве р си я (ψ s = 2ϕ B ).
И спо льзуя ф о р мулу (17), на х о ди м
Q (ψ = 2ϕ B )
VT = − sc s + 2ϕ B . (22)
Ci
Если пр о стр а нстве нны й за р яд в по лупр о во дни ке а ппр о кси ми р о ва ть
вы р а ж е ни е м Q sc (ψ s = 2ϕ B ) = −qN AWm , то с уче то м (21) по лучи м
4ε s qN Aϕ B
VT = + 2ϕ B . (23)
Ci
Со о тве тствую щ е е зна че ни е ди ф ф е р е нци а льно й ёмко сти и де а льно й М Д П -
стр уктур ы на зы ва е тся по р о го во й ёмко стью
εi
С T = , (24)
d i + (ε i ε s )Wm
и со о тве тствуе тми ни ма льно й вы со ко ча сто тно й ёмко сти М Д П -стр уктур ы .
Н а ко не ц, кр и ва я (в) на р и с.3 со о тве тствуе тво льт-ф а р а дно й х а р а кте р и сти ке
М Д П -стр уктур ы в усло ви ях глуб о ко го не р а вно ве сно го о б е дне ни я. О на
со о тве тствуе тта ко му р е ж и му и зме р е ни й, ко гда за тво р но е на пр яж е ни е ме няе тся
б ы стр е е , че м пр о и сх о дят пр о це ссы ге не р а ци и но си те ле й в пр и по ве р х но стно м
о б е дне нно м сло е . П о ско льку в это м случа е и нве р си о нны й сло й во о б щ е не
о б р а зуе тся, ш и р и на о б е дне нно й о б ла сти W пр е вы ш а е т ве ли чи ну Wm,
со о тве тствую щ ую р е ж и му и нве р си и , и те о р е ти че ска я е мко стьМ Д П -стр уктур ы не
и ме е тми ни мума , о дна ко на пр а кти ке в о б ла сти до ста то чно вы со ки х на пр яж е ни й
кр и ва я (в) ста но ви тся по ло го й в р е зульта те ла ви нно го пр о б о я по лупр о во дни ка .
Глуб о ко е не р а вно ве сно е о б е дне ни е мо ж но та кж е на б лю да ть и то гда , ко гда
и зо ли р ую щ и й сло й по д за тво р о м о б ла да е тсла б о й пр о во ди мо стью и не о сно вны е
но си те ли не в со сто яни и на ко пи ться в до ста то чно й сте пе ни , что б ы во зни к
и нве р си о нны й сло й в по лупр о во дни ке .
Н а р уш е ни я тр е б о ва ни й и де а льно сти М Д П -стр уктур ы , та ки е ка к на ли чи е
по ве р х но стны х со сто яни й (П С), ф и кси р о ва нно го за р яда в ди эле ктр и ке ,
9
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- …
- следующая ›
- последняя »
