Электрофизические методы исследования МДП-структур. Часть 2. Бормонтов Е.Н. - 7 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

7
переменного напряжения , с помощью которого осуществляется
измерение емкости. Данный режим осуществляется лишь при
сравнительно малых частотах (~10 Гц), когда скорость генерационно -
рекомбинационных процессов , ответственных за изменение концентрации
неосновных носителей (в данном случае электронов) достаточна, чтобы
электронная плотность изменялась в фазе с напряжением тестового
измерительного сигнала.
При более высоких частотах увеличение дифференциальной
емкости структуры при положительных напряжениях не наблюдается
(кривая (б) на рис.1). Кривая (в) на этом рисунке соответствует
неравновесной вольт- фарадной характеристике идеальной МДП-
структуры в условиях глубокого обеднения (импульсное напряжение
смещения ).
Высокочастотную С-V кривую идеальной МДП- структуры можно
рассчитать , используя аппроксимацию обедненного слоя . В режиме
обеднения заряд, приходящийся на единицу площади границы раздела,
равен -qNW , где N - концентрация ионизированной примеси (в нашем
случае акцепторов ), а W - глубина обедненного слоя . Интегрирование
уравнения Пуассона (с соответствующей правой частью ) дает следующее
распределение потенциала в обедненном слое:
(
)
2
1)( Wxx
s
−= ψ
ψ
, (13)
причем поверхностный потенциал
S
S
qNW
εε
=ψ
0
2
2
. (14)
С увеличением приложенного напряжения в равновесных условиях
ψ
s
и W растут, пока не наступает сильная инверсия , во время которой
рост ψ
s
и W резко замедляется . Отметим , что сильная инверсия
наступает при поверхностном потенциале
i
B)inv(S
n
N
ln
q
kT2
2 =φ=ψ
, (15)
когда становятся равными поверхностная концентрация неосновных
носителей заряда и объемная концентрация основных носителей . В
режиме сильной инверсии небольшое увеличение поверхностного
потенциала ∆ψ
s
вызывает существенное увеличение плотности заряда
инверсионного слоя , который экранирует объем полупроводника от
проникновения электрического поля с электрода структуры . Можно
считать , что в режиме инверсии достигается максимальная толщина
обедненного слоя , равная , согласно формулам (14) и (15):
i
DЭ
i
S
)inv(SS
m
n
N
lnL
Nq
n
N
lnkT
qN
W 2
4
2
2
0
0
=
εε
=
ψεε
=
. (16) 
                                    7
переменного       напря ж ения ,   с помощ ью которого осущ ествля ется
измерение      емкости. Д анны й     реж им осущ ествля ется лиш ь при
сравнительно малы х частотах (~10 Гц), когда скорость генерационно-
рекомб инационны х процессов, ответственны х заизменение концентрации
неосновны х носителей (в данном случае электронов) достаточна, чтоб ы
электронная плотность изменя лась в ф азе с напря ж ением тестового
измерительного сигнала.
      П ри б олее вы соких частотах увеличение диф ф еренциальной
емкости структуры при полож ительны х напря ж ения х не наб лю дается
(кривая (б) на рис.1). К ривая (в) на этом рисунке соответствует
неравновесной      вольт-ф арадной характеристике идеальной       М Д П -
структуры в условия х глуб окого об еднения (импульсное напря ж ение
смещ ения ).
      В ы сокочастотную С-V кривую идеальной М Д П - структуры мож но
рассчитать, используя аппроксимацию        об едненного слоя . В реж име
об еднения заря д, приходя щ ийся на единицу площ ади границы раздела,
равен -qNW , где N - концентрация ионизированной примеси (в наш ем
случае акцепторов), а W - глуб ина об едненного слоя . И нтегрирование
уравнения П уассона(с соответствую щ ей правой частью ) дает следую щ ее
распределениепотенциалав об едненном слое:
                             ψ ( x) =ψ s (1 − x W ) ,
                                                    2
                                                                                (13)
причем поверхностны й потенциал
                                              qNW 2
                                   ψS =                .                         (14)
                                              2ε0ε S
      С увеличением прилож енного напря ж ения в равновесны х условия х
ψs и W растут, пока не наступает сильная инверсия , во время которой
рост ψs и W резко замедля ется . О тметим, что сильная инверсия
наступает при поверхностном потенциале
                                                       2kT N
                              ψ S ( inv ) = 2φ B =          ln      ,             (15)
                                                         q     ni
когда становя тся равны ми поверхностная концентрация неосновны х
носителей заря да и об ъ емная концентрация основны х носителей. В
реж име сильной инверсии неб ольш ое увеличение поверхностного
потенциала ∆ψs вы зы вает сущ ественное увеличение плотности заря да
инверсионного слоя , которы й экранирует об ъ ем полупроводника от
проникновения электрического поля с электрода структуры . М ож но
считать, что в реж име инверсии достигается максимальная толщ ина
об едненного слоя , равная , согласно ф ормулам (14) и (15):
                                                            N
                                              4ε 0ε S kT ln
                        2ε 0ε S ψ S ( inv )                 ni              N
               Wm =                         =                  =  2 L DЭ ln    . (16)
                             qN                     q2N                     ni

Страницы