Электрические параметры биполярных и полевых структур. Петров Б.К - 37 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

37
Теперь заряд электронов в канале |Q
n
| на единицу площади структуры
можно с учетом выражений (11) и (12) записать через напряжение на затворе
V
зи
в окончательном виде:
[
]
22
/)()()(2|)(|
. SiOSiOслобедasB зиn
CCyLyqNyVyQ
−
−
=
ψ
, (14)
поскольку в режиме сильной инверсии поверхностный потенциал
ψ
s
(y)≥2ψ
B
.
Учтем влияние к. р. п. между электродом затвора М
з
и p
+
-Si-диффузионной
областью . В случае алюминиевого электрода работа выхода составляет ϕ
Al
=4,1
эВ , а работа выхода из p
+
-Si при N
as
=10
16
÷10
17
см
-3
составляет ϕ
p+-Si
=5,10 эВ ,
следовательно контактная разность потенциалов ϕ
Al-p+Si
=-1эВ [1]. Это
означает, что электроны из Al-электрода переходят в поверхностный слой p
+
-Si
и создают слой обеднения дырками даже в отсутствие напряжения на затворе
(V
зи
=0). Величина этого заряда |Q
a
′| будет равна:
|||||
2
SiOSipAla
CQ
+−
=
′
ϕ
. (15)
Таким образом , к.р.п. ϕ
Al-p+Si
=-1 эВ как бы увеличивает положительное
напряжение V
зи
, и в режиме сильной инверсии формула (14) примет следующий
вид :
[
]
2
)()()(2|||)(|
. SiOслобедasB кзиn
CyLyqNyVyQ
−
−
+
=
ψ
ϕ
. (16)
Для поликремниевых p+- затворов ϕ
к
=0,20 эВ .
Помимо контактной разности потенциалов важным фактором , влияющим
на образование инверсионного и обедненного слоев, является наличие
положительного ионного заряда Q
SiO2
=qN
SiO2
≈(1÷3)⋅10
11
см
-2
в тонкой пленке
затворного окисла. Этот заряд состоит из двух частей : фиксированного заряда
Q′
SiO2
и заряда подвижных ионов Q″
SiO2
[7]. Фиксированный заряд Q′
SiO2
не
изменяется от величины поверхностного потенциала ψ
s
и локализован в слое
толщиной порядка 30 А ° вблизи границы раздела Si-SiO
2
. Он не зависит от
толщины окисла и концентрации легирующей примеси в подложке. Этот заряд
всегда положительный. Он обусловлен либо избыточным (трехвалентным)
0
x
E
FМ
V
зи
SiO
2
металл
P-Si
+
E
C
E
i
E
F
E
V
qψ
s
q
B
ψ
Рис. 2. Зонная диаграмма
структуры М -SiO-p-Si
при V>0 в режиме
сильной инверсии
2
+
зи
-
-
-
-
-
-
-
-
++++
+
+
x
к
L
электроны
дырки
                                                       37

                                P+ -Si
      SiO2
                         электроны
                                 -            -
                - -- -                                EC    Рис. 2. Зонная д иаграм м а
                 -                                          структуры М -SiO2-p+-Si
                -
                                                            при Vзи>0 вреж им е
          qψs
                                                      Ei    сильной инверсии
м еталл
                                              qψB
                                                      EF
 Vзи
                          +      + + + + +            EV
                                  д ы рки
EFМ

             0 xк             Lобед .сл           x

      Т еперь заряд э лектронов в канале |Qn | на ед иницу площ ад и структуры
м ож но с учетом вы раж ений (11) и (12) записать через напряж ение на затворе
Vзи вокончательном вид е:
                    [                                            2
                                                                     ]
      | Qn ( y ) |= V з и − 2ψ B ( y ) − qN as ( y ) Lо б ед.сл ( y ) / C SiO C SiO ,
                                                                         2
                                                                                      (14)
        поскольку в реж им е сильной инверсии поверхностны й потенциал
ψ s(y)≥2ψB .
        У чтем влияниек.р.п. м еж д уэ лектрод ом затвора М з и p+-Si-д иф ф узионной
областью . В случае алю м иниевого э лектрод а работа вы ход а составляетϕAl=4,1
э В , а работа вы ход а из p +-Si при Nas=1016 ÷1017 см -3 составляетϕp+-Si=5,10 э В ,
след овательно контактная разность потенциалов                 ϕAl-p+Si=-1э В [1]. Э то
означает, что э лектроны из Al-э лектрод а переход ятв поверхностны й слой p+-Si
и созд аю тслой обед нения д ы ркам и д аж е в отсутствие напряж ения на затворе
(Vзи=0). В еличина э того заряд а |Qa ′| буд етравна:
        | Qa′ |=| ϕ Al − p + Si | C SiO | .
                                          2
                                                                              (15)
      Т аким образом , к.р.п. ϕAl-p+Si=-1 э В как бы увеличивает полож ительное
напряж ениеVзи, и вреж им есильной инверсии ф орм ула (14) прим етслед ую щ ий
вид :
      | Qn ( y ) |= [V з и+ |ϕ к | −2ψ B ( y ) − qN as ( y ) Lо б ед.сл ( y )]C SiO .
                                                                         2
                                                                                      (16)
        Д ля поликрем ниевы х p+- затворовϕк=0,20 э В .
        Пом им о контактной разности потенциалов важ ны м ф актором , влияю щ им
на образование инверсионного и обед ненного слоев, является наличие
полож ительного ионного заряд а QSiO2 =qNSiO2≈(1÷3)⋅1011 см -2 в тонкой пленке
затворного окисла. Э тотзаряд состоитиз д вух частей : ф иксированного заряд а
Q′ SiO2 и заряд а под виж ны х ионов Q″ SiO2 [7]. Ф иксированны й заряд Q′ SiO2 не
изм еняется отвеличины поверхностног о потенциала ψ s и локализован в слое
толщ иной поряд ка 30 А ° вблизи границы разд ела Si-SiO2 . О н не зависит от
толщ ины окисла и концентрации легирую щ ей прим еси впод лож ке. Э тотзаряд
всегд а полож ительны й . О н обусловлен либо избы точны м (трехвалентны м )

Страницы