半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究

半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究1、表面電場(chǎng)效應(yīng)

2、理想與非理想MIS結(jié)構(gòu)的C-V特性

3、Si-SiO2系統(tǒng)的性質(zhì)4、表面電導(dǎo)

重點(diǎn):半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究§8.1表面態(tài)一、表面態(tài)懸掛鍵、晶格缺陷、吸附分子硅表面STM掃描圖象半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究二、半導(dǎo)體的表面結(jié)構(gòu)1>清潔表面（LEED、STM、UPS）2>真實(shí)表面3>介質(zhì)-半導(dǎo)體系統(tǒng)半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究§8.2表面電場(chǎng)效應(yīng)MIS結(jié)構(gòu)理想MIS結(jié)構(gòu)：（1）Wm=Ws；（2）絕緣層內(nèi)無(wú)電荷,且絕緣層不導(dǎo)電；（3）絕緣層與半導(dǎo)體界面處不存在界面態(tài)。

半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究一、Si-SiO2系統(tǒng)的性質(zhì)

（CharacteristicsofSi-SiO2System）半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究1、可動(dòng)離子特點(diǎn):

半徑較小，帶正電，具有熱激活的特點(diǎn)。如：Na+、K+、H+2、固定電荷位于距Si-SiO2界面約30埃以內(nèi)，主要是Si-SiO界面附近的過(guò)剩Si+。氧化溫度越低，固定正電荷密度越大高溫退火可降低固定正電荷密度固定正電荷密度按晶體取向不同而不同(111)>(110)>(100)半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究3、界面態(tài)存在于Si-SiO2界面離Si表面3-5埃內(nèi)。分為施主界面態(tài)和受主界面態(tài)。4、陷阱電荷特點(diǎn)：通常不帶電。半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究dx0+VG二、空間電荷層及表面勢(shì)VG=0時(shí),理想MIS結(jié)構(gòu)的能帶圖

如果VG>0:

Ev1Ec1EiEvEcEFsEFm半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究（1）表面電場(chǎng)分布Es三、表面空間電荷層的電場(chǎng)、電勢(shì)和電容半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究（2）表面電荷分布Qs半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究（3）表面電容Cs半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究討論：半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究1、多子積累

QsQmx特征：

1）能帶向上彎曲并接近EF；2）多子（空穴）在半導(dǎo)體表面積累，越接近半導(dǎo)體表面多子濃度越高?！郪s<0,Qs>0半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究2、平帶狀態(tài)

特征：半導(dǎo)體表面能帶平直。VG=0EFmEFsEcEvEiVs=0半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究CFB半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究特征：1）表面能帶向下彎曲；EFmEFsEcEvEiVG≥0QmQsx2）表面上的多子濃度比體內(nèi)少得多，基本上耗盡，表面帶負(fù)電。3、多數(shù)載流子耗盡狀態(tài)半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究Vs>0半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究4、少數(shù)載流子反型狀態(tài)

特征：1）Ei與EF在表面處相交（此處為本征）；2）表面區(qū)的少子數(shù)>多子數(shù)——表面反型；3）反型層和半導(dǎo)體內(nèi)部之間還夾著一層耗盡層。半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究起初，因電子濃度較小，表面處于一弱反型的狀態(tài)，當(dāng)能帶持續(xù)彎曲，使得導(dǎo)帶的邊緣接近費(fèi)米能級(jí)。當(dāng)靠近界面的電子濃度等于襯底的摻雜量時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生強(qiáng)反型。在此之后，大部分在半導(dǎo)體中額外的負(fù)電荷是由電子在很窄的n型反型層(0≤x≤xi)中產(chǎn)生的電荷Qn所組成，其中xi為反型層的寬度。xi典型值的范圍從1nm~10nm，且通常遠(yuǎn)小于表面耗盡區(qū)的寬度。半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究---使半導(dǎo)體表面達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)加在金屬電極

上的柵電壓就是開(kāi)啟電壓.開(kāi)啟電壓VT：半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究臨界強(qiáng)反型時(shí)：半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究強(qiáng)反型后：Vs>>VB

，且qVs>>k0T半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究表面電場(chǎng)效應(yīng)平帶表面反型VG=0VG≥0VG<0表面積累表面耗盡半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究Vs/Qs/p型半導(dǎo)體n型半導(dǎo)體半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究根據(jù)以上的討論，以下各區(qū)間的表面電勢(shì)可以區(qū)分為：

Vs<0：空穴積累(能帶向上彎曲)；

Vs=0：平帶情況；

VB>Vs>0：空穴耗盡(能帶向下彎曲)；

Vs=VB：禁帶中心，即ns＝np＝ni

(本征濃度)；

Vs>VB：反型(能帶向下彎曲超過(guò)費(fèi)米能級(jí))．半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究積累耗盡反型半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究一、理想MIS結(jié)構(gòu)的電容效應(yīng)CsCi等效電路MIS結(jié)構(gòu)§8.3MIS結(jié)構(gòu)的C-V特性

Capacitance-voltageCharacteristicsofMISStructureVG=Vs+Vi半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究二、理想MIS電容器的C-V特性

半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究1、VG<0(多子積累)：（1）當(dāng)|Vs|較大時(shí)，有CCi半導(dǎo)體從內(nèi)部到表面可視為導(dǎo)通狀態(tài)；C/Ci（2）當(dāng)|Vs|較小時(shí)，有C/Ci<1。半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究2、VG=0（平帶狀態(tài))di

絕緣層厚度特征：歸一化電容與襯底摻雜濃度NA和絕緣層厚度di有關(guān)。

C/Ci

若di一定，NA越大，表面空間電荷層變薄，CFB/Ci增大；NA一定，di越大，Ci愈小，CFB/Ci增大；根據(jù)上式，利用C-V曲線可得到di和NA（或ND)。半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究3、VG>0(耗盡狀態(tài))半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究4、VG>=VT

（強(qiáng)反型）A、低頻時(shí)

半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究B、高頻時(shí)半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究結(jié)論：（1）半導(dǎo)體材料及絕緣層材料一定時(shí)，C-V特性將隨di及NA而變化；（2）C-V特性與頻率有關(guān)半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究三、實(shí)際MIS結(jié)構(gòu)的C－V特性1、金屬與半導(dǎo)體功函數(shù)差Wms對(duì)MIS結(jié)構(gòu)C-V特性的影響半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究平帶電壓接觸電勢(shì)差Vms：因功函數(shù)不同而產(chǎn)生的電勢(shì)差。——為了恢復(fù)半導(dǎo)體表面平帶狀態(tài)，需外加一電壓。此處VFB為負(fù)。半導(dǎo)體表面和MIS結(jié)構(gòu)的具體研究當(dāng)