第六章半導體表面及同質、異質接觸

第六章

半導體表面及同質、異質接觸Semiconductorsurfaceandhomo-hetero-contactSemiconductorPhysics主要內容及要求（2課時）：*表面態(tài)及表面電場效應*半導體同質接觸-PN結*MIS結構及電容-電壓特性(C-V)*金半接觸及電流整流特性(I-V)(課時少，但非常重要和有用，建議加強課后自學）§6·1

表面態(tài)與表面電場效應Byincreasingminiaturizationinsemiconductor-devicetechnology,theinterfaceitselfisthedevice!Kroemer,the2000Nobelwinnerofphysics1928年出生于德國.1952年獲得德國哥廷根大學理論物理學博士學位.他的博士論文的題目是在晶體管中熱電子的效應,這成為他從事半導體物理和半導體設備研究職業(yè)生涯的開端.現(xiàn)為加州圣巴巴拉加州大學的物理學教授。達姆在1932年用量子力學嚴格證明，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)，所對應的能級為表面能級。每個表面原子對應一個能級，組成表面能帶從化學鍵方面分析，在晶體最外層的原子存在未配對的電子，即未飽和的鍵－－懸掛鍵，與之對應的電子能態(tài)就是表面態(tài)。1、未飽和的鍵－－懸掛鍵danglingband

“理想表面”就是指表面層中原子排列的對稱性與體內原子完全相同，且表面上不附著任何原子或分子的半無限晶體表面。但在實際中，理想表面是不存在的，即使在絕對清潔的半導體表面，由于表面對稱性破壞，原子所受的勢場作用完全不同于體內，實驗中觀測到原子發(fā)生再構現(xiàn)象，以達到能量的最小化。例如，對硅(111)面，在超高真空下可觀察到(7×7)結構，即表面上形成以(7×7)個硅原子為單元的二維平移對稱性結構。硅表面7×7重構的原子照片

由于懸掛鍵的存在，表面可與體內交換電子和空穴。如n型硅的清潔表面帶負電。如下圖所示：SiSiSiSiSiSi硅表面懸掛鍵示意圖表面懸掛鍵1015cm-2

從硅表面態(tài)的實驗測量中，證實其表面能級由兩組組成：一組為施主能級，靠近價帶；另一組為受主能級，靠近導帶。除了上述表面態(tài)外，在表面處還存在由于晶體缺陷或吸附原子等原因引起的表面態(tài)。2、表面缺陷和吸附原子目前，對硅表面態(tài)的研究比較多，表面態(tài)在禁帶的分布有一定的了解，但對具體的工藝重復性比較差，最急待研究的是Ⅲ－Ⅴ族化合物半導體的表面態(tài)情況，對微電子的發(fā)展具有重要意義。這種表面態(tài)的特點是，其表面態(tài)的大小與表面經過的處理方法有關；而達姆表面態(tài)對給定的晶體在“潔凈”表面時為一定值大約為1015cm-2(每個表面原子對應禁帶中的一個能級)，實際上由于表面被其它原子覆蓋，表面態(tài)比該值小得多，為1010～1015cm-2

。表面態(tài)對半導體各中物理過程有重要影響，特別是對許多半導體器件的性能影響更大。3、表面態(tài)的影響4.表面電場效應在外加電場作用下，在半導體的表面層內發(fā)生的物理現(xiàn)象，主要載流子的輸運性質的改變?？梢圆捎貌煌椒?，使得半導體表面層內產生電場，如：功函數(shù)不同的金屬和半導體接觸（金/半接觸）、使半導體表面吸附某種帶電的離子、金屬/絕緣體/半導體(MIS)結構等?！?·2

金屬/半導體接觸及I-V特性2、MESFET(metal-semiconductorfield-effecttransistor)具有與MOSFET相似的電流－電壓特性，但在器件的柵(gate)上電極部分利用金屬－半導體的整流接觸取代了MOSFET的MOS結構；用歐姆接觸取代MOSFET的p-n結。一、概述：1、在微電子和光電子器件中，半導體材料和金屬、半導體以及絕緣體的各種接觸是普遍存在的，如MOS器件、肖特基二極管、氣體傳感器等。薄膜技術及納米技術的發(fā)展，使得界面接觸顯得更加重要。3、第一個實際的半導體器件就是點接觸整流性的金半接觸，就是將細須狀金屬壓在半導體表面。從1904年起，該器件有許多不同的應用。1938年，Schottky提出其整流作用，可能由半導體中穩(wěn)定的空間電荷區(qū)所產生的電勢能差引起的，由此所建立的模型稱肖特基勢壘（Schottkybarrier).4、兩個要點：①功函數(shù)和禁帶寬度的不同金屬/半導體接觸能帶圖的變化；②肖特基接觸的整流特性即電流－電壓I-V特性。二、金屬和半導體的功函數(shù)Wm、Ws1、金屬的功函數(shù)Wm表示一個起始能量等于費米能級的電子，由金屬內部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量。E0(EF)mWmE0為真空中靜止電子的能量，又稱為真空能級。

金屬銫Cs的功函數(shù)最低1.93eV，Pt最高為5.36eV2、半導體的功函數(shù)WsE0與費米能級之差稱為半導體的功函數(shù)。用Χ表示從Ec到E0的能量間隔：稱χ為電子的親和能，它表示要使半導體導帶底的電子逸出體外所需要的最小能量。Ec(EF)sEvE0χWsEn①

N型半導體：式中：②

P型半導體：式中：Note:

和金屬不同的是，半導體的費米能級隨雜質濃度變化，所以，Ws也和雜質濃度有關。Ec(EF)sEvE0χWsEn半導體金屬半導體金屬What?能帶結構發(fā)生變化新的物理效應和應用3、金屬/半導體接觸三、金屬與半導體的接觸及接觸電勢差1.阻擋層接觸金屬n半導體設想有一塊金屬和一塊n型半導體，并假定金屬的功函數(shù)大于半導體的功函數(shù)，即：（1）即半導體的費米能EFs高于金屬的費米能EFm金屬的傳導電子的濃度很高，1022～1023cm-3半導體載流子的濃度比較低，1010～1019cm-3金屬半導體接觸前后能帶圖的變化：接觸后，金屬和半導體的費米能級應該在同一水平，半導體的導帶電子必然要流向金屬，而達到統(tǒng)一的費米能接觸前，半導體的費米能級高于金屬（相對于真空能級），所以半導體導帶的電子有向金屬流動的可能WmEFmWsE0EcEFsEv接觸前接觸后qVDEFEFEvEcxdE0在接觸開始時，金屬和半導體的間距大于原子的間距，在兩類材料的表面形成電勢差Vms。接觸電勢差：緊密接觸后，電荷的流動使得在半導體表面相當厚的一層形成正的空間電荷區(qū)?？臻g電荷區(qū)形成電場，其電場在界面處造成能帶彎曲，使得半導體表面和內部存在電勢差，即表面勢Vs。接觸電勢差分降在空間電荷區(qū)和金屬與半導體表面之間。但當忽略接觸間隙時，電勢主要降在空間電荷區(qū)?，F(xiàn)在考慮忽略間隙中的電勢差時的極限情形:半導體一邊的勢壘高度為：金屬一邊的勢壘高度為：半導體體內電場為零，在空間電荷區(qū)電場方向由內向外，半導體表面勢Vs＜0EFEvqVDEcE電場在勢壘區(qū)，空間電荷主要由電離施主形成，電子濃度比體內小得多，是一個高阻區(qū)域，稱為阻擋層。界面處的勢壘通常稱為肖特基勢壘。EFEvqVDEcE電場所以：金屬與N型半導體接觸時，若Wm>Ws，即半導體的費米能級高于金屬，電子向金屬流動，穩(wěn)定時系統(tǒng)費米能級統(tǒng)一，在半導體表面一層形成正的空間電荷區(qū)，能帶向上彎曲，形成電子的表面勢壘。金屬與P型半導體接觸時，若Wm<Ws，即金屬的費米能級比半導體的費米能級高，半導體的多子空穴流向金屬，使得金屬表面帶正電，半導體表面帶負電，半導體表面能帶向下彎曲，形成空穴的表面勢壘。（2）金屬－p型半導體接觸的阻擋層在半導體的勢壘區(qū)，空間電荷主要由負的電離受主形成，其多子空穴濃度比體內小得多，也是一個高阻區(qū)域，形成空穴阻擋層。金屬和p型半導體Wm<Ws

空穴阻擋層EFmEFsWsWmEvEcE0電場EEcEFEvxdqVd接觸后對空穴講，向下是能量增加，在P型半導體多子是空穴，半導體多子流向金屬后，留下帶負電的電離受主雜質，即空間電荷區(qū)，能帶向下彎曲。半導體一邊的勢壘高度是：qVD=Ws-Wm（3）金屬－半導體接觸的阻擋層所謂阻擋層，在半導體的勢壘區(qū)，形成的空間電荷區(qū)，它主要由正的電離施主雜質或負的電離受主形成，其多子電子或空穴濃度比體內小得多，是一個高阻區(qū)域，在這個區(qū)域能帶向上或向下彎曲形成電子或空穴的阻擋。金屬與N型半導體，Wm>Ws金屬與P型半導體,Wm<Ws阻擋層2.反阻擋層接觸金屬與N型半導體接觸時，若Wm<Ws,電子將從金屬流向半導體，在半導體表面形成負的空間電荷區(qū)，電場方向由表面指向體內，Vs>0，能帶向下彎曲。這里電子濃度比體內大得多，因而是一個高電導的區(qū)域，稱之為反阻擋層，即電子反阻擋層。（1）金屬與N型半導體接觸WmEFmWsE0EcEFsEvEEcEFsEv金屬/n型半導體接觸前后電子反阻擋層形成能帶圖的變化：在半導體表面，能帶向下彎曲，相當有個電子的勢阱,

多子電子的濃度比體內大得多，是一個高通區(qū)，即電子的反阻擋層－高導通區(qū)。（很?。。?）金屬與P型半導體接觸金屬與P型半導體接觸時，若Wm>Ws，空穴將從金屬流向半導體表面，在半導體表面形成正的空間電荷區(qū)，電場方向由體內指向表面，Vs<0，能帶向上彎曲，這里空穴濃度比體內大得多，因而是一個高電導的區(qū)域，稱之為反阻擋層，即空穴反阻擋層。WsWmEFsEFmEvEcE0接觸后：xdEcEFEvEN型P型Wm>Ws阻擋層反阻擋層Wm<Ws反阻擋層阻擋層上述金半接觸模型即為Schottky

模型：Note:反阻擋層是很薄的高電導層，對半導體和金屬的接觸電阻的影響是很小的，它在平常的實驗中觀測不到。能帶向上彎曲能帶向下彎曲（高阻區(qū)）（高電導區(qū)）（高阻區(qū)）（高電導區(qū)）四、整流理論－定量I-V特性的表達式1.定性結論：對于n型阻擋層，即金屬和n型半導體在Wm＞Ws時，表面勢為負的值，當在金屬上加正向電壓即V大于0，使得電子的勢壘高度減低，多子電子從半導體流向金屬的數(shù)目變多，并隨電壓增加而變得越大，即從金屬流向半導體的正向電流變大。正向電流都是多子空穴從半導體流向金屬但和正向電流行為不一樣的是：金屬一邊的電子所要越過的勢壘，不隨外加電壓而變化。所以，金屬到半導體的電子流是恒定的。當反向電壓提高時，半導體到金屬的電子流可以忽略不計，反向電流達到飽和值。對p型阻擋層：能帶向下彎，表面勢(Vs)0大于零V＜0時，能帶下彎得更厲害，多子空穴從半導體流向金屬，形成正向電流；金屬加正電壓V＞0時，能帶下彎曲變得小了，形成金屬到半導體的反向電流。正向和反向的電流特點就是阻擋層的整流作用

勢壘區(qū)中存在電場，有電勢的變化，導致載流子濃度的不均勻。計算通過勢壘的電流時，因為采用厚阻擋層的擴散理論，故必須同時考慮漂移和擴散運動。所以，勢壘區(qū)的電勢分布情況是求解V-I關系的關鍵。對于n型阻擋層，當勢壘寬度比電子的平均自由程大得多，即Xd

》ln時，電子通過勢壘區(qū)將發(fā)生多次碰撞－－厚阻擋層。擴散理論適用于厚阻擋層。（1）擴散理論DiffusionTheory2.定量解釋：金半接觸伏安特性氧化亞銅，遷移率較小，即平均自由程較短，擴散理論是適用的。但JSD隨電壓而緩慢變化，但并不趨于定值，即沒有飽和電流密度指數(shù)增加（2）熱電子發(fā)射理論起決定作用的是勢壘的高度，而不是形狀。當電子動能>勢壘頂部時，電子可以自由越過勢壘進入另一邊。電流的計算即求越過勢壘的載流子數(shù)目。熱電子發(fā)射理論以非簡并半導體的n型阻擋層為例，假設qVD》k0T，通過勢壘交換的電子很少，體內的電子濃度視為常數(shù)，與電流無關。當n型阻擋層很薄時，即電子的平均自由程大于勢壘寬度。擴散理論不再適合了。電子通過勢壘區(qū)的碰撞可以忽略。規(guī)定電流的正方向是從金屬到半導體電子流密度方向和電流方向相反①

Js→m時（正向電流）EFVx電子的狀態(tài)密度和分布函數(shù)考慮非簡并半導體的情況,分布函數(shù)為Boltzmann分布：dn所以：電子流密度②

Jm→s時（反向電流）Φns是金屬一邊的電子勢壘③總的電流密度J④討論：擴散理論：熱電子發(fā)射理論：Ge、Si、GaAs都有較高的載流子遷移率，即較大的平均自由程，在室溫時，其肖特基勢壘中的電流輸運機構，主要是多數(shù)載流子的熱電子發(fā)射五、歐姆接觸定義：金/半接觸的非整流接觸，即不產生明顯的附加電阻，不會使半導體體內的平衡載流子濃度發(fā)生明顯的改變。應用：半導體器件中利用電極進行電流的輸入和輸出就要求金屬和半導體接觸形成良好的歐姆接觸。在超高頻和大功率的器件中，歐姆接觸時設計和制造的關鍵。實現(xiàn)：不考慮表面態(tài)的影響，金半接觸形成反阻擋層，就可以實現(xiàn)歐姆接觸。實際中，由于有很高的表面態(tài)，主要用隧道效應實現(xiàn)半導體制造的歐姆接觸。半導體重摻雜導致明顯的隧穿電流，而實現(xiàn)歐姆接觸：半導體摻雜濃度很高時，金半接觸的勢壘區(qū)的寬度變得很薄，電子會通過隧道效應穿過勢壘產生相當大的隧穿電流，甚至會超過熱電子發(fā)射電流成為電流的主要部分。當隧穿電流占主要成份時，接觸電阻會很小，可以用作歐姆接觸。常用的方法：在n型或p型半導體上制作一層重摻雜區(qū)再與金屬接觸，形成金屬－n+n或金屬—p+p結構。使得金屬的選擇很多。電子束和熱蒸發(fā)、濺射、電鍍。Xc歐姆接觸可以通過金屬半導體形成反阻擋層或隧道效應制造。實際生產中，主要利用隧道效應在半導體上制造歐姆接觸。V

J

§6.3

MIS結構及電容-電壓特性(C-V)：（1）Wm=Ws；（2）絕緣層內無可移動電荷且絕緣層不導電；（3）絕緣層與半導體界面處不存在界面態(tài)。MIS結構等效電路表面電場導致電容如何產生?一.

理想MIS結構由于MIS結構是一個電容，當在金屬與半導體之間加電壓后，在金屬與半導體相對的兩個面上就要被充放電。但和一般意義的電容不一樣！在金屬中，自由電子密度很高，電荷基本上分布在很薄的一個原子層的厚度范圍之內；而在半導體中，由于自由載流子密度低得多，電荷必須分布在一定厚度的表面層內；這個帶電的表面層稱做空間電荷區(qū)spacechargeregion。1、空間電荷層及表面勢金屬的傳導電子的濃度很高，1022～1023cm-3半導體載流子的濃度比較低，1010～1019cm-3首先，在空間電荷區(qū)內，從半導體的表面到體內，電場逐漸減弱，到空間電荷區(qū)的另一端，電場強度減小到零。其次，空間電荷區(qū)的電勢也要隨距離逐漸變化化，半導體表面相對體內就產生電勢差?？臻g電荷區(qū)對電場、電勢與能帶的影響：最后，電勢的變化，使得電子在空間電荷區(qū)的能量改變，從而導致能帶的彎曲。表面空間電荷區(qū)內能帶的彎曲界面EcEiEFEvxEg半導體絕緣體Vg＞0時:p-typeorn-typeSi

表面勢surfacepotential及空間區(qū)內電荷spacecharge的分布情況,隨金屬與半導體間所加的電壓VG(gate

voltage)而變化，主要可歸納為堆積accumulation、耗盡depletion和反型inversion三種情況:稱空間電荷層兩端的電勢差為表面勢，以表示之。規(guī)定表面勢比內部高時，取正值，反之取負值。（1）

多數(shù)載流子堆積狀態(tài)（2）

多數(shù)載流子耗盡狀態(tài)（3）

少數(shù)載流子反型狀態(tài)在VG＝0時，理想半導體的能帶不發(fā)生彎曲，即平帶狀態(tài)flat-bandcondition，有時也稱為一種狀態(tài)。例如，對于p型半導體，有三種情況：VG=0時,理想MIS結構的能帶圖一般情況討論,以p型半導體為例：EviEciEiEvEcEFsEFm在金屬和P型半導體間加上電壓，則將會在半導體的表面層中產生空間電荷區(qū)，dx0+VGp型半導體表面感生一個荷負電的空間電荷層如果VG>0:qVsEcEvEF表面電勢表面勢為正，表面處能帶向下彎曲，越接近表面。費米能離價帶越遠，空穴濃度越小?？臻g電荷層內的電場是由半導體的表面指向體內的，電子的靜電勢能逐步升高，能帶向下發(fā)生彎曲表面勢及空間電荷區(qū)內電荷的分布情況，隨金屬與半導體間所加的電壓VG變化，可分為：VG＜0時，多子積累狀態(tài)；VG＝0時，平帶狀態(tài)；VG＞

0時，多子耗盡狀態(tài)；VG0時，少子反型狀態(tài)；當外加電壓變化時，如前面所述：2.理想MIS結構C-V特性小結：（1）半導體材料及絕緣層材料一定時，C-V

特性將隨絕緣層厚度do及半導體雜質濃度NA而變化；（2）C-V特性與頻率有關，尤其是反型層時的C-V曲線的形狀。1、金屬與半導體功函數(shù)差對C-V特性的影響在實際的MIS結構中，存在一些因素影響著MIS的C-V特性，如：金屬和半導體之間的功函數(shù)的差、絕緣層中的電荷等。

例：以Al/SiO2/P-type-Si

的MOS結構為例：

P型硅的功函數(shù)一般較鋁大，當Wm<Ws時，將導致C-V特性向負柵壓方向移動。Why?二.實際MIS結構C-V特性：ＭＩＳ結構還未連接時：WsEcEvSiO2EFsWmWsEcEvSiO2EFmEFsEoＭＩＳ結構連通后,且VG=0時：WmEFmEFsWsEcEvEoSiO2電子將從金屬流向半導體中，會在p型硅的表面形成帶負電的空間電荷層，而在金屬表面產生正電荷，這些正電荷在SiO2和Si表面層內產生指向半導體內部的電場，使得半導體表面能帶向下彎曲，同時硅內部的費米能級相對于金屬的費米能級要向上提高，到達相等而平衡。形成接觸電勢差：

qVms

＝Ws－Wm

所以，在偏壓V=0時，半導體的表面層不處于平帶狀態(tài)。qVmsqViEFEiEcEvSiO2VG=0如何恢復平帶狀況？加上負柵壓VG=-VmsSiO2WmWs以抵消由于兩者功函數(shù)的不同所引起的電場和能帶的彎曲使能帶恢復平直的柵電壓CFBVFB平帶電壓VFB實驗上，可計算出理想狀態(tài)時的平帶電容值，然后在CFB引與電壓軸平行的直線，和實際曲線相交點在電壓軸上的坐標，即VFB實際HowaboutPt?2、絕緣層電荷對MIS

結構C-V特性的影響一般有：由于這些電荷的存在，將在金屬和半導體表面感應出相反符號的電荷，在半導體的空間電荷層內產生電場使得能帶發(fā)生彎曲。也即沒有偏壓，也可使得半導體表面層離開平帶狀態(tài)。（1）假設在SiO2中距離金屬/SiO2的界面x處有一層正電荷金屬SiO2半導體do討論：假定半導體和金屬的功函數(shù)相同，即Wm=Ws金屬半導體Ec半導體表面能帶下彎恢復平帶的方法：半導體絕緣層金屬do在金屬一邊加上負電壓，并且逐漸增大，使得半導體表面層的負電荷隨之減小，直至完全消失。這時在半導體表面層內，在氧化物中存在的薄的正電荷產生的電場完全被金屬表面增加的負電荷的電場屏蔽了，半導體表面的能帶又平了，即恢復到平帶狀態(tài)。加偏壓VG<0使能帶恢復平直的柵電壓

平帶電壓VFB2E為金屬與薄層電荷之間的電場由高斯定律可知，金屬與薄層電荷間的電位移電荷密度等于顯然，當薄層電荷貼近半導體時平帶電壓最大。而位于金屬和絕緣體界面處對C-V特征沒有影響。（2）一般情況：正電荷在SiO2中有一定的體分布ρ(x)在x與(x+dx)間的薄層內，單位面積上的電荷為ρ(x)dx

對平帶電壓的影響為：注：如果存在可移動的離子，使得電荷分布發(fā)生變化，VFB

跟著變化，導致C-V曲線的平移。（3）C～V曲線為：Note:實際MIS結構的出現(xiàn)強反型時的開啟電壓要加上平帶電壓的影響：必須考慮三.

Si-SiO2系統(tǒng)的性質硅和二氧化硅系統(tǒng)中，存在多種形式的電荷或能量狀態(tài)，一般歸納為四種基本類型：平面工藝制造的硅器件表面有一層二氧化硅薄膜，保護硅表面，提高穩(wěn)定性，兼當柵介質等絕緣體半導體金屬界面態(tài)固定表面電荷可動離子電離陷阱硅–二氧化硅系統(tǒng)中的電荷狀態(tài)1、可動離子（主要是Na離子）有鈉、鉀和氫等，其中最主要而對器件穩(wěn)定性影響最大的是鈉離子。來源于化學試劑、玻璃儀器等，易于在SiO2中移動。來源：特點：半徑較小，帶正電，具有熱激活的特點。SiO2是近程有序的網絡結構，基本單元是硅氧四面體，Si在中心，而O在四個角頂。Na離子可存在于四面體之間，使得網絡變型。并且易和氧結合，形成金屬氧化物鍵，使得SiO2網絡結構呈現(xiàn)多孔結構，導致雜質原子的擴散和遷移變得容易。Na的擴散系數(shù)遠大于硼和磷，遷移率也很大。D:5.0cm2/s。所以，在一定的溫度和偏壓下，對器件的影響最大!100℃以上，在電場下可以以較大的遷移率發(fā)生漂移運動。溫度－偏壓（B-T)實驗:通過B-T實驗可以可移動電荷的密度。開始時，鈉離子聚積在鋁和二氧化硅間，對C-V沒有影響，曲線靠近縱坐標；把樣品加正向的10V的偏壓并且在127℃

退火，使得鈉離子移動到半導體表面處，對C-V特性影響最大，產生平移，測定平帶電壓之差△VFB

。如再加負的偏壓時，曲線又向正方向移動但不能回到原來的位置，這是由于再SiO2中保留了殘余的納離子?！?/p>

C0

為氧化層的電容，所以單位面積的鈉離子數(shù)是：2、固定電荷（1）這種電荷的面密度是固定的,不能充放電。（2）它位于硅–

二氧化硅界面的20nm范圍以內。（3）電荷值不明顯地受氧化層厚度或硅中雜質類型

及濃度的影響。（4）電荷與氧化和退火條件，以及硅晶體的取向有很顯著的關系。在Si-SiO2系統(tǒng)中，除了移動電荷外，還發(fā)現(xiàn)大量的正電荷。并且具有一些特征：一般認為，是硅和二氧化硅界面附近存在過剩的硅離子是固定表面正電荷產生的原因。帶正電的固定表面電荷，使得MOS的C-V曲線發(fā)生變化，引起半導體表面層中的能帶向下彎曲。所以，要恢復平帶狀態(tài)，必須在金屬和半導體之間加上一個負向電壓，即平帶電壓沿電壓軸向負方向移動一個距離。平帶電壓為：考慮金半之間功函數(shù)的差別：d0＞20nm(fixedcharge)把代入上式可得：從理想C-V曲線中得到CFB/C0，在從實驗測得的MOS結構的C-V特性曲線上找到VFB，利用上式可求出固定表面電荷密度。在實驗中必須先經過B-T實驗去除移動電荷的影響3、界面態(tài)Dit存在于Si-SiO2界面離Si表面3-5埃的厚度內。分為施主界面態(tài)和受主界面態(tài)。一般指的是Si-SiO2界面處而能值位于硅禁帶中的一些分立的或連續(xù)的電子能態(tài)（能級）－快界面態(tài)（有別于外表面態(tài)－穿過介質層的慢態(tài),外表面態(tài)位于金屬和SiO2之間，和半導體交換電荷時，必須穿過氧化層。）被電子占據為電中型，發(fā)出電子為正電性－施主能級空著為電中性，接受電子后是負電－受主起源：理想表面態(tài)密度為1015cm-2

，但因為硅表面附著了氧化物薄膜后，硅表面大部分的懸掛鍵被氧所飽和，故硅－二氧化硅的界面態(tài)密度低幾個數(shù)量級；其次，硅的（111）晶面比（110）和（100）面大，故做MOS結構時一般選【100】晶向硅單晶。此外，硅表面的晶格缺陷和損傷以及界面處的雜質也可引入界面態(tài)。一般可通過后退火處理，能有效地減小界面態(tài)密度。如含H氣氛中退火（400～500℃），使得界面形成H-Si鍵，減小態(tài)密度。4、陷阱電荷在Si-SiO2界面處附近，會有一些載流子的陷阱，由于輻照的原因，使得在SiO2中產生一些電子空穴對，電子在外加電場作用下，被掃向柵結，而空穴難以移動會被陷阱俘獲，形成正的空間電荷。但輻照感應產生的空間電荷可以通過300℃

以上退火消除。所以，后處理對MOSFET的性能的穩(wěn)定是非常重要的?！?.4

半導體的PN結一.P-N結的形成在一塊n型半導體基片的一側摻入較高濃度的受主雜質，由于雜質的補償作用，該區(qū)就成為ｐ型半導體。

P-N結n型p型由于N區(qū)的電子向P區(qū)擴散，P區(qū)的空穴向Ｎ區(qū)擴散，在ｐ型半導體和Ｎ型半導體的交界面附近產生了一個電場,稱為內建場。P-N結的主要制備方法：1．合金法2．擴散法用合金法制備的p-n結一般為突變結；xNNAND用擴散法制備的p-n結一般為緩變結，雜質濃度逐漸變化。二、平衡p-n結的特點1．平衡p-n結的形成

P型材料的多子用ppo表示，少子為npo，N型材料的多子用nno表示，少子用pno表示。PN°?_____+++++εJ擴J漂平衡后：J擴=J漂

形成恒定的電場，稱為內建場，它存在于結區(qū)。處于熱平衡狀態(tài)的結稱為平衡結。

2．平衡p-n結的能帶及勢壘當二者接觸后，電子由NP，空穴由PN,(EF)n，(EF)p

(EF)n=(EF)p=EFJ擴=J漂有一恒定的電場，方向由NP

PNEFqVDE假設：P區(qū)：Ec=EcpEv