Зи - Физика полупроводниковых приборов том 1 (989591), страница 64
Текст из файла (страница 64)
По закону Гаусса сдвиг напряжения плоских зон, обусловленный зарядом подвижных ионов, составляет 410 Глава 1 ~3 атм ~б и б КСС ббб Лбе Мбб ~т Ыб Гбб Глубина б ди~лекгпеике, Рис. 25. Распределение концентрации ионов натрия по толщине пленок двуокиси кремния и нитрида кремния при различных размерах кристаллитов ~31, 32). зовать непроницаемые для подвижных ионов защитные пленки, такие, как, например, аморфный нитрид кремния.
Окисел А1еОа и фосфоросиликатные стекла также могут выполнять роль барьерных слоев для ионов натрия. Однако МДП-структуры с составным изолятором металл — ~А1еОа — 510,) — Я характеризуются довольно большим сдвигом С вЂ” ~'-кривых в область отрицательных напряжений. Это означает, что в структурах на р-подложке поверхность уже инвертирована при нулевом и даже при не слишком больших отрицательных напряжениях смещения. Фосфоросиликатные стекла !34), представляющие собой окисел ЯОв,обогащенный Р,О„образуются вблизи внешней поверхности слоя окисла в процессе диффузии фосфора и существенно уменьшают нестабильность рабочих характеристик МОП-структур за счет захвата ионов натрия, поскольку растворимость натрия в этих стеклах намного выше, чем в 510в Структуры с составным изоля- тОрОМ МЕтаЛЛ вЂ” (Ь1аИ, — 510в) — Ь1 ИСПОЛЬЗуЮтСя В НаСтОящЕЕ время главным образом как энергонезависимые элементы памяти МДП-структуры.
Приборы о зарядовой связью 4!! Рис. 26. МДП-структура с фиксированным и захваченным в окисле зарядами. а — зокная диаграмма; б — распределение заряда; г — электрическое поле; г — потенциал. Ес Е;. Ег Е~ и', о и' (гл. 8). Эти структуры характеризуются малыми значениями плотности поверхностных состояний, что обусловлено высоким качеством границы раздела Ь! — Б!Оз.
Кроме того, внешний слой Ь!зК, обеспечивает их устойчивость по отношению к ионному дрейфу. В видимой области спектра электромагнитного излучения пленки 8|зХ, имеют несколько большую диэлектрическую проницаемость, чем пленки Б!О,. В табл. 2 проведено сравнение цветов пленок ЫОз и ЫзК, соответствующей толщины ~36). Заряд, захваченный в слое окисла Яе!, также приводит к сдвигу С вЂ” 1~-характеристик МОП-структур. Этот заряд обусловлен 412 Глава 7 Таблица 2.
Сравнение цветов пленок ЯО, и ЯаМ4 Диапазон толщин ' пленки ЯО,, мкм Диапазон толщнн пленки ЫаХ4, мкм Цвет Порядок Первый Второй н (з(р(ч4) 1,97 а Отношение показателей преломления равно ' ' = — ' = 1,ЗЗ = л (з(ор! 1.48 толщина ЯО, толщина Я,Х, структурными дефектами в слое окисла. Ловушки в окисле обычно нейтральны, но могут заряжаться, захватывая электроны и дырки. На рис. 26 приведены зонная диаграмма и распределения заряда, электрического поля и потенциала в МОП-структуре, содержащей как фиксированный заряд, так и заряд, захваченный в окисле.
Из сравнения рис. 26 и 6 следует, что в йервом случае те же значения поверхностного потенциала 1р, достигаются при меньших напряжениях смещения (С вЂ” р'-кривая сдвигается в область отрицательных напряжений). Сдвиг напряжения, обусловленный зарядом, захваченным в окисле, записывается в виде — ! хр„(х)нх!, о (46) где (ро( — эффективная поверхностная плотность этого заряда, приведенная к единице площади границы раздела М вЂ” ЯОв, а р,( — истинная объемная плотность заряда, захваченного Песочный Коричневый Золотисто-коричневый Красный Темно-голубой Голубой Светло-голубой Бледно-голубой Песочный Светло-желтый Желтый Красно-оранжевый Красный Темно-красный Голубой Зелено-голубой Светло-зеленый Желто-оранжевый Красный 0 — 0,027- 0,027 — 0,053 0,053 — 0,073 0,073 — 0,097 0,097 — 0,10 0,10 — 0,12 0,12 — 0,13 0,13 — 0,15 0,15 — 0,16 0,16 — 0,17 0,17 — 0,20 0,20 — 0,24 0,24 — 0,25 0,25 — 0,28 0,28 — 0,31 0,31 — 0,33 0,33 — 0,37 0,37 — 0,40 0,40 — 0,44 0 — 0,020 0,020 — 0,040 0,040 — 0,055 0,055 — 0,073 0,073 — 0,077 0,077 — О, 093 0,093 †,10 0,10 — 0,11 0,1! — 0,12 0,12 — 0,13 0,13 — 0,15 0,15 — 0,18 0,18 — 0,19 0,19 — 0,21 0,21 — 0,23 0,23 — 0,25 0,25 — 0,28 0,28 — 0,30 0,30 — 0,33 МДП-структуры.
Приборы с варядовоа связью 413 в окисле. Результирующий сдвиг напряжения плоских зон Лаяв, обусловленный всеми компонентами заряда в окисле, есть ~~гв= ~)" ~+ ~~т+ ~~ог = С. где Я;= ф~ + Я,„+ ٠— сумма соответствующих эффективных зарядов на единицу площади границы раздела Я вЂ” 5|О~. (47) 7.3.3. Влияние разности работ выхода и других внешних факторов Разность работ выхода. Согласно нашему определению, в идеальной МДП-структуре разность работ выхода электрона из металла и полупроводника равна нулю (рис.
2): 7,а7 — (Х ) 2 Фв). (48) Если же эта разность отлична от нуля, а кроме того, в диэлектрике МДП-структуры присутствует заряд Яо (выражение (47)), вольт-фарадные характеристики реальной МДП-структуры будут сдвинуты вдоль оси напряжений относительно идеальной С вЂ” Р- кривой на величину яв = %тв — С. = Чт~ ав О~+ Рт+ Ов~ (49) 1 1 которая называется сдвигом напряжения плоских зон. (Для простоты мы не учитывали заряд, захваченный на поверхностных состояниях.) Если по каким-либо причинам можно пренебречь величиной заряда подвижных ионов и зарядом, захваченным на объемных ловушках диэлектрика, выражение (49) упрощается и принимает вид Г я в ~ С (~у (49а) Энергетическая зонная диаграмма границы раздела М вЂ” Ь1О, была определена по результатам измерений фотоэмиссии электронов (371.
Установлено, что ширина запрещенной зоны ЯО, примерно равна 9 эВ, а сродство к электрону оу; = 0,9 эВ. Работа выхода из металла в МОП-структурах обычно определяется по результатам измерений фотоотклика или вольт-фарадных характеристик. На рис. 27 приведены экспериментальные зависимости фотоотклика,МОП-структур с электродами из различных металлов от энергии возбуждающих фотонов (381. По оси ординат здесь отложен корень кубический из фотоотклика в произвольных единицах. Пересечение этих прямых с осью абсцисс определяет величину энергетического барьера дава между металлом и ЫОз.
1"лава 7 414 Рис. 27. Зависимость фотоотклнка МОП-структур с различными металлическими электродами от энергии фотонов. На вставке приведены соответствующие С вЂ” 1'-кривые (38]. Следовательно, работа выхода из металла ~р,„равна сумме ~рн + + Х~, где Х; — сродство к электрону в окисле (рис. 2). Подобные результаты получаются также из анализа вольт-фарадных характеристик серии экспериментальных МОП-структур с одинаковыми параметрами окисного слоя и подложки, различающихся лишь материалом полевого электрода (вставка на рис. 27). Как следует из уравнения (49), С вЂ” $'характеристики таких МОП-структур должны быть сдвинуты относительно друг друга на величину, равную разности работ выхода из соответствующих металлов: ~р„„— ~р, = трн, — ~рва.
Поэтому, если работа выхода. электрона для одного нз металлов известна, по сдвигу С вЂ” $'-кривых можно определить абсолютные значения гр для всех остальных металлов, Экспериментальные значения ~р для ряда металлов, определенные указанными методами, приведены в табл. 3, где указаны также работы выхода из соответствующих металлов в вакуум. Отметим совпадение значений гр„, определенных вольт-фарадным и фотоэмиссионным методами, и заметное отличие этих значений от работы выхода электрона в вакуум. Последнее не является неожиданным, если учесть поликристалличность металлических пленок, нанесенных в качестве полевого электрода на слой окисла МОП-структуры, а также и то, что условия на границе раздела металл — окисел довольно сильно отличаются от условий на границе монокристаллический металл — вакуум при измерениях «вакуумной» работы выхода электрона. С помощью рассмотренных выше экспериментальных методов было также установлено, что МДП-струюпуры.
Приборы с зарядовой связью 415 Таблица д. Работа выхода металлов <рщ (работа выхода в ва- куум). В ~рщ (по С вЂ” У-кри- вым), В ~рщ (по фото- отклику). В Металл 3,15 4,1 4,6 4,7 5,0 5,05 Мд Л! % Сн Лп Ад 3,35 4,1 т 4,55 4,7 5,0 5,1 3,7 4,25 4,5 4,25 4,8 4,3 ' Это значение дщ для А! является суммой высоты барьера (З,2 В) и сродства к злектрону в БЮ, (0,9 В), высота энергетического барьера на границе кремний — двуокись кремния практически не зависит от кристаллической ориентации подложки (в пределах погрешности 0,1 эВ). Из приведенных выше результатов следует, что разность работ выхода (р, может составлять заметную долю наблюдаемого сдвига напряжения плоских зон МОП-структуры, и, таким образом, ее необходимо учитывать (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
