半導(dǎo)體mis結(jié)構(gòu)ppt

1、半導(dǎo)體表面半導(dǎo)體表面態(tài)態(tài)與與表面電場效應(yīng)表面電場效應(yīng)賈鵬飛表面態(tài) 表面處晶體的周期場中斷； 表面往往易受到損傷、氧化和沾污，從而影響器件的穩(wěn)定性； 表面往往要特殊保護(hù)措施，如鈍化 表面是器件制備的基礎(chǔ)，如MOSFET等達(dá)姆在達(dá)姆在19321932年用量子力學(xué)嚴(yán)格證明，晶體的自年用量子力學(xué)嚴(yán)格證明，晶體的自由表面的存在，使得周期性勢場在表面處發(fā)生由表面的存在，使得周期性勢場在表面處發(fā)生中斷，引起附加能級，電子被局域在表面附近，中斷，引起附加能級，電子被局域在表面附近，這種電子狀態(tài)稱為表面態(tài)，所對應(yīng)的能級為表這種電子狀態(tài)稱為表面態(tài)，所對應(yīng)的能級為表面能級。每個表面原子對應(yīng)一個能級，組成表面能級。每

2、個表面原子對應(yīng)一個能級，組成表面能帶。面能帶。表面態(tài)定義表面態(tài)定義理想一維晶體表面態(tài)220202220(0)2( )(0)2dVExm dxdV xExm dxxV(x)V0E0a()( )V x aV xE0時，金屬金屬絕緣層絕緣層半導(dǎo)體半導(dǎo)體歐姆接觸歐姆接觸ECEVEFQmQsMISMIS結(jié)構(gòu)實際是一個電容結(jié)構(gòu)實際是一個電容MIS+0d加電壓加電壓后，金屬和半導(dǎo)體兩個面內(nèi)要充電后，金屬和半導(dǎo)體兩個面內(nèi)要充電( (Q Qm m=-=-Q Qs s) ) 金屬中，自由電子密度高，電荷分布在一金屬中，自由電子密度高，電荷分布在一個原子層的厚度范圍之內(nèi)個原子層的厚度范圍之內(nèi)半導(dǎo)體中，自由載流子密度

3、低，對應(yīng)半導(dǎo)體中，自由載流子密度低，對應(yīng)Q Qs s的電荷的電荷分布在一定厚度的表面層，這個帶電的表面層分布在一定厚度的表面層，這個帶電的表面層叫叫空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)VG0時，MIS結(jié)構(gòu)的能帶圖 空間電荷區(qū)能帶發(fā)生彎曲空間電荷區(qū)能帶發(fā)生彎曲-MIS+0dECEVEF0dqVS空間電荷區(qū)內(nèi)空間電荷區(qū)內(nèi)：1)1)空間電場逐漸減弱空間電場逐漸減弱2)2)電勢隨距離逐漸變化電勢隨距離逐漸變化 能帶彎曲能帶彎曲表面表面勢勢(Vs)：空間電荷區(qū)兩端的電勢：空間電荷區(qū)兩端的電勢差差表面電勢比內(nèi)部表面電勢比內(nèi)部高高，V VS S0;0;表面電勢表面電勢低于內(nèi)低于內(nèi)部，部，V VS S00電子能量增加電子能量

4、增加空穴能量增加空穴能量增加ECEVEF0dqVSQm Vs Qs 能帶彎曲能帶彎曲+ + - - - + 隨金屬和半導(dǎo)體間所加電壓VG（柵電壓柵電壓）的不同，空間電荷區(qū)內(nèi)電荷分布可歸納為以下幾種(以p型半導(dǎo)體為例)： 堆積 平帶 耗盡 少數(shù)反型金屬金屬絕緣層絕緣層半導(dǎo)體半導(dǎo)體歐姆接觸歐姆接觸1 1多數(shù)載流子堆積狀態(tài)多數(shù)載流子堆積狀態(tài) 金屬與半導(dǎo)體間加負(fù)電壓（金屬與半導(dǎo)體間加負(fù)電壓（金屬接負(fù)金屬接負(fù)）時，）時， 表面勢為負(fù)表面勢為負(fù)，表面處能帶上彎，如圖示。，表面處能帶上彎，如圖示。ECEVEFEiVG0MISE多子堆積多子堆積 熱平衡下，費米能級應(yīng)保持定值。熱平衡下，費米能級應(yīng)保持定值。 隨

5、著向表面接近，價帶頂逐漸移近甚至高過隨著向表面接近，價帶頂逐漸移近甚至高過費米能級，價帶中空穴濃度隨之增加。費米能級，價帶中空穴濃度隨之增加。表面層出現(xiàn)空穴堆積而帶正電荷。表面層出現(xiàn)空穴堆積而帶正電荷。越接近表面空穴濃度越高，越接近表面空穴濃度越高，堆積堆積的空穴分布的空穴分布在最靠近表面的薄層內(nèi)。在最靠近表面的薄層內(nèi)。ECEVEFEiVG0ECEVEiEF多子耗盡多子耗盡越近表面，費米能級離價帶頂越遠(yuǎn)，價帶中越近表面，費米能級離價帶頂越遠(yuǎn)，價帶中空穴濃度隨之降低。空穴濃度隨之降低。表面處空穴濃度比體內(nèi)低得多，表面層的負(fù)表面處空穴濃度比體內(nèi)低得多，表面層的負(fù)電荷基本上等于電離受主雜質(zhì)濃度。電荷

6、基本上等于電離受主雜質(zhì)濃度。表面層的這種狀態(tài)稱做耗盡。表面層的這種狀態(tài)稱做耗盡。VG0ECEVEiEF多子耗盡多子耗盡4 4少子反型狀態(tài)少子反型狀態(tài) 金金/半半間的間的正電壓進(jìn)一步增大正電壓進(jìn)一步增大，表面處能帶進(jìn)，表面處能帶進(jìn) 一步向下彎曲。一步向下彎曲。 表面處表面處EF超過超過Ei，費米能級離導(dǎo)帶底比離價，費米能級離導(dǎo)帶底比離價 帶頂更近。帶頂更近。ECEVEiEF少子反型少子反型VG0 表面處電子濃度將超過空穴濃度表面處電子濃度將超過空穴濃度，形成與原，形成與原來半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型相反的層來半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型相反的層-反型層反型層。 ECEVEiEF少子少子反型反型VG0 反型層發(fā)生在

7、近表面，從反型層到半導(dǎo)體內(nèi)部還反型層發(fā)生在近表面，從反型層到半導(dǎo)體內(nèi)部還夾夾 著一層耗盡層。著一層耗盡層。 此時半導(dǎo)體空間電荷層內(nèi)負(fù)電荷由兩部分組成，此時半導(dǎo)體空間電荷層內(nèi)負(fù)電荷由兩部分組成， 一是耗盡層中已電離的受主負(fù)電荷，一是耗盡層中已電離的受主負(fù)電荷， 一是反型層中的電子，后者主要堆積在一是反型層中的電子，后者主要堆積在近表面區(qū)近表面區(qū)。 ECEVEiEF少子反型少子反型VG0 通過解泊松方程通過解泊松方程定量地求出表面層中電場強度和電勢的定量地求出表面層中電場強度和電勢的分布，以分析表面空間電荷層的性質(zhì)。分布，以分析表面空間電荷層的性質(zhì)。 rs半導(dǎo)體相對介電常數(shù)，半導(dǎo)體相對介電常數(shù)，

8、(x)總空間電荷密度總空間電荷密度半導(dǎo)體內(nèi)部，電中性條件成立半導(dǎo)體內(nèi)部，電中性條件成立 (x)=0n np0p0: : 半導(dǎo)體體內(nèi)平衡電子濃度半導(dǎo)體體內(nèi)平衡電子濃度P Pp0p0: :半導(dǎo)體體內(nèi)平衡空穴濃度半導(dǎo)體體內(nèi)平衡空穴濃度根據(jù)上式經(jīng)過數(shù)學(xué)的變換推導(dǎo)就可以得出 和F函數(shù)就可以做出Cs和Vs圖像積累積累平帶平帶耗盡耗盡弱反型弱反型強反型強反型VS(V)00.4SQ10-510-9(c/cm2)-0.4這是以P型半導(dǎo)體為例做出的圖像通過它就能對MIS結(jié)構(gòu)的c-v特性進(jìn)行研究歸納：多子堆積多子堆積VG=0平帶狀態(tài)平帶狀態(tài)ECEVEFEiVG0ECEVEiEF多子耗盡多子耗盡ECEVEiEF少子反型少子反型VG0MIS的應(yīng)用MIS器件的功能主要決定于其中絕緣體層的厚度：（1）假若絕緣體層的厚度足夠大（對于絕緣體層是SiO2層的情況，大于5nm），則基本上不導(dǎo)電，這時即為MIS電容器；（2）假若絕緣體層的厚度足夠?。▽τ诮^緣體層是SiO2層的情況，大約為1nm），則絕緣體基本上不起阻擋導(dǎo)電的作用（阻抗極?。?，這時即為Schottky二極管；（3）假若絕緣體層的厚度不是很薄、也不是很厚（對于絕緣體層是SiO2層的情況，大約為1nm5nm），則這時載流子