ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Методические указания
Изменение межатомного потенциала вблизи поверхности твердого тела
приводит к появлению в запрещенной зоне полупроводника разрешенных
дискретных уровней энергий для электронов, расположенных в непосредственной
близости от поверхности кристалла. Такие уровни получили название
поверхностных уровней или поверхностных состояний. Заполнение этих уровней
приводит к образованию вблизи поверхности объемного заряда, существенно
влияющего на многие свойства полупроводника: электропроводность, работу
выхода, фото-ЭДС и др., а также на параметры приборов.
Заряжение поверхности полупроводника вызывает возникновение разности
потенциалов между поверхностью и объемом полупроводника и, следовательно, искривление энергетических зон.
Если на поверхности располагается отрицательный заряд, энергетические зоны изгибаются
вверх, т.к. при перемещении электрона из объема на поверхность его потенциальная энергия
увеличивается. При положительном заряжении поверхности зоны изгибаются вниз.
На рис. 12.1 показана зонная структура n-полупроводника, у которого поверхность
заряжена отрицательно (E
i
– середина запрещенной зоны полупроводника). В n-полупроводнике
расстояние (по оси энергии) от дна зоны проводимости Е
c
до уровня Ферми Е
F
меньше, чем от
уровня Ферми до потолка валентной зоны E
v
. Поэтому равновесная концентрация электронов n
больше концентрации дырок р.
В поверхностном слое объемного заряда происходит искривление зон и расстояние от дна
зоны проводимости до уровня Ферми увеличивается.
В области обеднения I (Рис. 12.1) концентрация основных носителей заряда (электронов)
уменьшается и в сечении А – А полупроводник становится собственным. При высокой плотности
поверхностного заряда по знаку, совпадающего со знаком основных носителей, концентрация
неосновных носителей заряда у поверхности становится выше концентрации основных носителей
и тип проводимости изменяется. Это явление получило название инверсии (область II на рис.
12.1). Если знак поверхностного заряда противоположен знаку заряда основных носителей тока в полупроводнике, то
происходит обогащение приповерхностного слоя основными носителями.
Явление изменения поверхностной проводимости полупроводника под действием поперечного электрического поля
называют эффектом поля.
Этот эффект применяют в МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) структуре (рис. 12.2).
На одну сторону полупроводниковой пластины 3 напыляется омический контакт 4, второй электрод 1 прижимается к
противоположной стороне пластины через тонкий слой диэлектрика 2. Меняя величину и знак потенциалов на электродах 4
и 1 можно в широких пределах изменять величину и знак заряда, индуцируемого на поверхности полупроводника, прижатой
к электроду. Если вместо диэлектрика использован окисел, то получается МОП-структура.
В состоянии обогащения (для n –
⊕ , для p –
Θ
) с увеличением напряжения толщина заряженного слоя сохраняется
практически неизменной и рост заряда Q
s
происходит за счет повышения объемной плотности, которая может меняться
неограниченно. Поэтому емкость МДП-структуры почти не зависит от приложенного напряжения.
В состоянии обеднения при увеличении напряжения изменяется толщина обедненного слоя (так как положительный
заряд обусловлен неподвижными ионизированными атомами). Это равносильно изменению расстояния между обкладками
конденсатора, т. е. уменьшению емкости с ростом приложенного напряжения. Такая картина должна наблюдаться вплоть до
наступления инверсии.
В состоянии инверсии в приповерхностном слое полупроводника возникает положительный заряд притянутых дырок
Q
P
, за которым располагается неподвижный положительный заряд ионизированных доноров Q
С
. Суммарный заряд Q = Q
P
+
Q
C
увеличивается, а толщина заряженного слоя, образованного зарядом Q
P
, почти не зависит от приложенного напряжения.
Поэтому в состоянии инверсии емкость структуры перестает зависеть от внешнего напряжения.
График изменения емкости МДП – структуры от внешнего напряжения приведен на рис. 12.3. Область А соответствует
обогащению, Б – обеднению, В – инверсии. Такие кривые называют вольт-фарадными характеристиками.
Порядок выполнения работы
1 По инструкции прибора РЕ-1 ознакомиться со схемой измерения тока зарядки МДП-структуры. Кристалл
полупроводника расположен между медными электродами, изолированными от них слюдяными прокладками, и включен в
плечо моста прибора РЕ-1. В исходном состоянии мост сбалансирован и микроамперметр показывает отсутствие тока. При
подаче высокого напряжения на медные электроды происходит образование поверхностного заряда и микроамперметр
регистрирует ток зарядки I.
Величину поверхностного заряда можно определить по формуле
∫
∞
=
0
IdtQ . Аппроксимируя импульс тока зарядки
прямоугольной формой, можно записать Q = I
m
t
3
, где I
m
– ток зарядки, t
3
– 0,5 с – время зарядки.
2 Включить прибор РЕ-1 тумблером "Сеть" на передней панели прибора.
3 Включить источник ЛИПС1-30 и установить напряжение питания моста 10 вольт.
4 Вращая ручку "Баланс" на верхней панели прибора РЕ-1 сбалансировать мост (добиться нулевого тока на
Рис. 12.1 Зонная
структура n-
полупроводника,
поверхность которого
заряжена отрицательно
Рис. 12.3 Вольт-фарадная
х
а
рактеристика МДП
-
структуры
A
E
c
E
F
E
i
E
v
II
A
I
С/C
01
Б
В
A
v 0 +v
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 21
- 22
- 23
- 24
- 25
- …
- следующая ›
- последняя »
