Моделирование поверхностных свойств полупроводников. Бормонтов Е.Н - 18 стр.

UptoLike

18
образуется инверсионный слой, в данном случае ртипа (рис. 2в). Аналогично в
дырочном полупроводнике инверсионный слой имел бы проводимость nтипа .
Поэтому при дальнейшем увеличении
Y
S
проводимость G
S
проходит через
минимум и снова увеличивается, теперь уже за счёт увеличения концентрации
дырок в инверсионном слое.
Значение поверхностного потенциала Y
Smin
, соответствующее минимуму G
S
,
можно найти из следующих простых (хотя и нестрогих) соображений. Очевидно ,
что при Y
Smin
электроны и дырки дают одинаковый вклад в электропроводность
приповерхностного слоя. Поэтому для некоторой средней плоскости в области
обьёмного заряда х
0
=const, где потенциал
min
2
1
SS
YY =
, можно написать
)()(
00
xpxn
psns
µ
µ
=
. (61)
С другой стороны, ограничиваясь случаем невырожденных полупроводников, мы
имеем
)exp(),exp(
00
YppYnn
=
=
. (62)
Подставляя (62) в (61), получаем
−=
min0min0
2
1
exp
2
1
exp
SpsSns
YpYn µµ . (63)
Отсюда следует, что
=
b
Y
S
2
min
ln
λ
. (64)
Для рассматриваемого случая полупроводника nтипа значение λ<1, а отношение
подвижностей обычно больше единицы. Поэтому Y
Smin
оказывается
отрицательным . Его абсолютное значение тем больше, чем меньше λ.
Зависимость G
S
от Y
S
, вычисленная для германия nтипа , при различных
значениях параметра
λ
, показана на рис. 4. При расчёте предполагалось, что
доноры и акцепторы полностью ионизованы и что электронный газ не вырожден.
Наиболее эффективным способом управления значением поверхностного
электростатического потенциала (а следовательно , значением поверхностной
проводимости G
S
и другими параметрами приповерхностной ОПЗ
полупроводника ) является приложение к полупроводнику электрического поля,
нормального к поверхности полупроводника . Это сравнительно просто
достигается в структуре, где полупроводник служит одной из обкладок
конденсатора, отделённой от второй обкладки - металлического электрода - слоем
диэлектрика (рис. 5). Такая структура называется МДП -структурой. А явление
изменения проводимости под действием электрического поля - эффектом поля.
Эффект поля лежит в основе действия полевых транзисторов.
о б р а зуе тся и нве р си о нный сло й, в да нно м случа е р –ти па (р и с. 2в). Ана ло ги чно в
дыр о чно м по лупр о во дни ке и нве р си о нный сло й и ме л б ы пр о во ди мо сть n–ти па .
П о э то му пр и да льне йш е м уве ли че ни и YS пр о во ди мо сть GS пр о хо ди т че р е з
ми ни мум и сно ва уве ли чи ва е тся, те пе р ь уж е за счёт уве ли че ни я ко нце нтр а ци и
дыр о к в и нве р си о нно м сло е .
         Зна че ни е по ве р хно стно го по те нци а ла YSmin, со о тве тствую щ е е ми ни муму GS,
мо ж но на йти и з сле дую щ и х пр о стых (хо тя и не стр о ги х) со о б р а ж е ни й. О че ви дно ,
что пр и YSmin э ле ктр о ны и дыр ки да ю т о ди на ко вый вкла д в эле ктр о пр о во дно сть
пр и по ве р хно стно го сло я. П о э то му для не ко то р о й ср е дне й пло ско сти в о б ла сти
                                                          1
о б ьёмно го за р яда х0=const, где по те нци а л YS = YS min , мо ж но на пи са ть
                                                           2
                  µ ns n( x0 ) = µ ps p( x0 ) .                                                 (61)
С др уго й сто р о ны, о гр а ни чи ва ясь случа е м не выр о ж де нных по лупр о во дни ко в, мы
и ме е м
               n = n0 exp(Y ),         p = p 0 exp(−Y ) .                                     (62)
П о дста вляя (62) в (61), по луча е м
                          1                       1        
               µ ns n0 exp YS min  = µ ps p0 exp − YS min  .                              (63)
                          2                       2        
  О тсю да сле дуе т, что
                            λ2 
               YS min = ln  .                                                             (64)
                           b 
Д ля р а ссма тр и ва е мо го случа я по лупр о во дни ка n–ти па зна че ни е λ<1, а о тно ш е ни е
по дви ж но сте й о б ычно           б о льш е    е ди ни цы. П о это му YSmin о ка зыва е тся
о тр и ца те льным. Его а б со лю тно е зна че ни е те м б о льш е , че м ме ньш е λ.
        За ви си мо сть GS о т YS, вычи сле нна я для ге р ма ни я n–ти па , пр и р а зли чных
зна че ни ях па р а ме тр а λ, по ка за на на р и с. 4. П р и р а счёте пр е дпо ла га ло сь, что
до но р ыи а кце пто р ыпо лно стью и о ни зо ва ныи что э ле ктр о нный га з не выр о ж де н.
        Н а и б о ле е э ф ф е кти вным спо со б о м упр а вле ни я зна че ни е м по ве р хно стно го
э ле ктр о ста ти че ско го по те нци а ла (а сле до ва те льно , зна че ни е м по ве р хно стно й
пр о во ди мо сти        GS и        др уги ми      па р а ме тр а ми пр и по ве р хно стно й     ОП З
по лупр о во дни ка ) являе тся пр и ло ж е ни е к по лупр о во дни ку эле ктр и че ско го по ля,
но р ма льно го к по ве р хно сти по лупр о во дни ка . Э то ср а вни те льно пр о сто
до сти га е тся в стр уктур е , где по лупр о во дни к служ и т о дно й и з о б кла до к
ко нде нса то р а , о тде лённо й о твто р о й о б кла дки - ме та лли че ско го э ле ктр о да - сло е м
ди эле ктр и ка (р и с. 5). Та ка я стр уктур а на зыва е тся М Д П -стр уктур о й. А явле ни е
и зме не ни я пр о во ди мо сти по д де йстви е м э ле ктр и че ско го по ля - э ф ф е кто м по ля.
Э ф ф е ктпо ля ле ж и тв о сно ве де йстви я по ле вых тр а нзи сто р о в.




                                                      18