Зи - Физика полупроводниковых приборов том 1 (989591), страница 65
Текст из файла (страница 65)
уравнение (49)) при оценках величины фиксированного заряда окисла по сдвигу С вЂ” 17-характеристик. В качестве примера на рис. 28, а приведена зонная диаграмма МОП-структуры с алюминиевым полевым электродом и окислом толщиной 500 А, термически выращенным на кремниевой подложке а-типа (Л7~> = 10" см '). В этом случае (р = 4,1 В, работа выхода из полупроводника у + Е~/2д — (рв = 4,35 В и, следовательно, разность работ выхода (р, = 4,1 — 4,35 = — 0,25 В. При изготовлении современных интегральных схем в качестве затворного электрода широко применяются пленки сильнолегированного поликремния.
Для поликремниевых затворов а'-типа, где уровень Ферми практически совпадает с положением дна зоны проводимости, эффективная работа выхода (р равна величине сродства к электрону в кремнии (тз, = 4,15 В). В поликремниевых затворах р+-типа, где уровень Ферми лежит 'у потолка валентной зоны, эффективнаЯ Работа выхода (Р = тз, -1- Е~/(7 = = 5,25 В. На рис.
28, 6 приведена зависимость разности работ выхода (рщ, от уровня легирования кремниевой подложки для МОП-структур с затворными электродами из А1, Ап и поликремния и+- и р+-типа 138, 39). Из этих графиков следует, что в зависимости от материала затвора при нулевом напряжении смещения приповерхностная область полупроводника МОП-структуры может оказаться практически в любом состоянии (от аккумуляции до инверсии). Влияние внешних факторов, Внешние факторы, такие, как Температура, облучение структуры и ионизирующая радиац)1я, Глава 7 416 Р,ЫзЮ Р,1 п,г ф -Р,2 Ес Ег дав и Е~ -l,п ур~+ ~рl~ Х~м ~ага й1гв 5, глг .г Ял лажа а Рис.
28. Зонная диаграмма (а) структуры Л1 — 810а — 81 с толщиной окисла БООЛ и Л1А = 1О'в см з и зависимость (б) разности работ выхода от степени легирования в МОП-структурах с электродами из вырожденного поликремния, Л1 и Ли (38, 39). могут оказывать существенное влияние на характеристики МОП-структур.
Рассмотрим сначала влияние температуры. Как известно, заряд инверсионного слоя в МОП-структурах связан с объемом полупроводниковой подложки только через генерационно-рекомбинационные процессы, т. е. последние обеспечивают установление стационарного значения плотности заряда инверсионного слоя, соответствующего заданному напряжению на структуре. Характерное время установления такого равновесия определяется интенсивностью генерационно рекомбинационных процессов, которая сильно (зкспоненциально) зависит от температуры. Обычно соответствующая граничная частота для Я вЂ” 8Юя-систем при комнатной температуре не превышает 100 Гц, а в отдельных случаях она ниже 1 Гц.
При понижении температуры скорость накопления и рассасывания заряда инверсионного слоя настолько уменьшается, что, например, при рассасывании инверсионного слоя область пространственного заряда структуры оказывается под прямым смещением до 0,25 В, чтобы обеспечить достаточную инжекцию инверсионного заряда в подложку 1401. При этом происходит значительная деформация С вЂ” У-характеристик структуры в области. инверсии (гистерезис), и для их правильного определения необходимо в процессе измерений довольно долго выдерживать МОП-структуру при данном напря- МДП-структуры. Приборы с варядовой свявыо 417 Г,Р Д1 Г,т Г,б с,Ю Уб ЛГ !УК7' Т, /~ Рнс. 29.
Температурная аавнепмоста проаодпмостн ~411, женин (в каждой экспериментальной «точке»). В области повышенных температур скорость генерации существенно увеличивается, что значительно облегчает изучение влияния температуры на свойства МДП-структур.
В первую очередь это относится к изучению механизмов генерационных явлений. Эквивалентная электрическая схема МОП-структуры в режиме сильной инверсии приведена на рис. 22, г, а на рис. 29 приведены температурные ' зависимости полной проводимости б = Й~,' + + Я т + К' экспериментальной МОП-структуры на п-подложке. Напомним, что скорость рекомбинационного процесса в области пространственного заряда пропорциональна величине по т.
е. характеризуется энергией активации Ея/2, в то время как скорость диффузионного процесса накопления пропорциональна па~ с энергией активации, равной Е,. Данные, приведенные на рис. 29, показывают, что генерациойно-рекомбинационный процесс в области пространственного заряда К~~ — ит является доминирующим механизмом установления термодинамического равновесия при температурах ниже 140'С. В этом температурном диапазоне значение энергии активации 0,56 эВ, соответствующее экспериментальной зависимости на рис. 29, практически совпадает с ожидаемой .величиной Е,~2. При температурах выше 140'С Глава 7 наклон экспериментальной кривой увеличивается.
Это свидетельствует о том, что в данной области преобладает другой генерационно-рекомбинационный механизм. Оказалось, что характерный наклон линии (с), которая получена вычитанием из полной проводимости 6 (кривая (Ь)) проводимости области пространственного заряда Я~А (кривая (а)), равен 1,17 эВ = Ея, что соответствует ожидаемому результату для диффузионного механизма И»' — и';. Отметим, что приведенные выше экспериментальные результаты свидетельствуют также о том, что эквивалентная схема на рис. 22, г хорошо описывает электрические свойства реальных МОП-структур в режиме сильной инверсии. При облучении МОП-структур светом увеличивается высокочастотная емкость структуры на участке С вЂ” У-кривой, соответствующей режиму сильной инверсии. Причем с ростом интенсивности облучения высокочастотная емкость на этом участке все более приближается к своему низкочастотному значению С;.
Такое поведение обусловлено, во-первых, уменьшением под действием облучения характерного времени генерации неосновных носителей т,„, 116). Во-вторых, световая генерация электроннодырочных пар в приповерхностной области полупроводника МОП-структуры приводит к уменьшению ') поверхностного потенциала ф, при постоянном полном напряжении, приложенном к структуре (рис. 30, а). Уменьшение ф, приводит к соответствующему уменьшению толщины области пространственного заряда, а следовательно, к увеличению высокочастотной емкости 142).
Последний механизм доминирует при достаточно высоких частотах измерительного сигнала. Основной процесс, обусловливающий изменение характеристик МОП-структур под действием ионизирующих излучений, таких, как рентгеновское 143) и у-излучения 144), иллюстрирует зонная схема на рис. 30, б. Проникающее в слой окисла ионизирующее излучение, разрывая связи Я вЂ” О, генерирует электронно-дырочные пары, которые затем разделяются электрическим полем в окисле, если в процессе экспозиции МОП-структура х) При оптическом облучении инвертированной МДП-структуры область пространственного заряда последней оказывается как бы под прямым смещеи' нием, равным ф = — 1а — и необходимым для того, чтобы током инжекцни Ч 7в инверсионных носителей в подложку полностью скомпенсировать фототок 1~ который устремляется на границу раздела в результате аккумуляции областью пространственного заряда электронно-дырочных пар, генернрованных фотонами в прнповерхностном слое полупроводниковой подложки.
При этом ф, = 2грв — ~К. Указанное уменьщенне фв под действием облучения приводит также к соответствующему увеличению эффективной скорости генерации, пропорциональному ехр — . — Прим. перва, ~чФ1 ~ 2ЙТ )' МДП-структуры. Приборы с зарядовой связью Ясен,тудж Ег руссе ~ие Е д Рис. 30. Зонные диаграммы МДП-структуры при освещении (а), радиационных воздействиях (б) и лавинной инжекции (а) [7).
находится под напряжением. Более подвижные электроны при этом достаточно быстро покидают окисел и уходят в затвор или в подложку, а более медленные дырки частично захватываются ловушками в окисле. При положительном напряжении на затворе (рис. 30, б) эти дырки захватываются вблизи границы с полупроводником и, следовательно, оказывают сильное влияние на характеристики МОП-структуры. При этом наблюдается значительный радиационный сдвиг напряжения плоских зон в сторону отрицательных напряжений (образование положительного фиксированного заряда). Возможно, что эти захваченные дырки ответственны также и за увеличение плотности поверхностных состояний, которое обычно наблюдается после радиационных воздействий на МОП-структуру [71. При противоположной полярности напряжения (минус на затворе) дырки будут захватываться вблизи металлического электрода, который сильно экранирует их влияние на полупроводник. В этом случае величина эффективного положительного заряда, индуцированного радиацией, оказывается значительно меньшей, и вольт-фарадные характеристики претерпевают относительно малый сдвиг вдоль оси напряжений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
