Эффекты в структурах МДП

В трехслойной структуре состоящей: металла М, диэлектрика Д и полупроводника П, то на поверхности полупроводника, за счет воздействия электрического поля, произойдет разделение зарядов. Электроны будут вытесняться эл. полем, вместо них образуются дырки и, таким образом, возникает обогащенный дырками приповерхностный р-слой с повышенной проводимостью (рисунок 5.25 а).

Рисунок 5.25 - Проводимость в поверхностном слое полупроводника

При изменении полярности рисунок 5.25 б, получится поверхностный слой с преобладанием n-проводимости. Слой с повышенной концентрацией (по сравнению с объемом) основных носителей называют обогащенным, а слой с пониженной их концентрацией - обедненным.

Понятие «горячие» электроны. В сильном электрическом поле электроны могут приобретать энергию, значительно превышающую среднюю энергию теплового движения. Такие электроны называют «горячими». Они могут преодолевать потенциальный барьер на границе кремний-окисел и в окисле захватываться ловушками, изменяя заряд окисла.

Рисунок 5.26 - Структура

SiO2 не имеет подвижных носителей, а поэтому перенос электронов из Al не возможен. Границу раздела металл-окисел можно рассматривать как барьер высотой 3,15 эВ, который препятствует переходу электронов из Al в SiO2.

Аналогично для электронов кремния (подложка) на границе окисел-кремний также образуется барьер » 4,22 эВ.

Таким образом, движение электронов через SiO2 невозможно. Как же тогда происходит перераспределение зарядов? Чтобы осуществить переход электронов из Al в Si, необходима дополнительная цепь, обладающая большой проводимостью, чем окисел? Цепь возникает при подаче внешнего напряжения. В целом, указанная структура, является конденсатором в равновесном состоянии с зарядами обкладок Q и внутренней разностью потенциалов. Внешнее напряжение между Al и Si выводит структуру из состояния равновесия и изменяет величину заряда на обкладках указанного конденсатора. Так при подаче положительного потенциала на металл происходит перераспределение заряда, как в окисле, так и в полупроводники. В приповерхностном слое происходит изменение тока электропроводимости (инверсия). Состояние ПП называется состоянием инверсии, а приповерхностная область - инверсной областью. Состояние может быть как со слабой инверсией, так и с сильной. Создаются условия для протекания тока.

В идеальных МДП-структурах не учитывалось влияние зарядов в окисле и на границе окисел - кремний

Для оценки этого заряда, необходимо оценить порядок концентрации электронов в идеализированной МДП-структуре.

При напряжении, немного превышающем пороговое, в этот момент структура входит в инверсный режим, поверхностная плотность электронов будет того же порядка, что и поверхностная плотность примесных атомов (акцепторов): Na =

Аналогично удельная плотность кремния Nк = . Поэтому удельная плотность атомов примеси только в раз меньше удельной плотности атом кремния и будет оказывать влияние на процессы в МДП.

Классификация зарядов в окисле:

1) З

аряд, захваченный поверхностными ловушками кремния и представляющий собой заряд электронных состояний, которые локализованы на границе раздела Si - SiO2 и энергетические уровни которых находятся в «глубине» запрещенной зоны ПП. Эти состояния обусловлены избыточными атомами Si, избыточным кислородом или примесными атомами. Основная причина возникновения этих состояний в запрещенной зоне ПП - сама граница (слоя) является нарушением пространственной периодичности. Поверхностное состояние считается донорным, если отдает электрон, оно становится нейтральным или положительно заряженным.

Интересное из раздела

Исследование и расчет двухполюсников и четырехполюсников
В соответствии с заданием сопротивления ДП, входящих в исследуемый ЧП, имеют следующий вид, Ом: Z1(p) = , (1.1) Z2(p) = , ...

Ошибки позиционирования GPS-приемников в условиях полярных геомагнитных возмущений
Определение своего положения с помощью GPS навигатора, отдельного прибора, или устройства, встроенного в карманный компьютер или сотовый тел ...

Анализ алгоритмов цифровой обработки сигналов. Исследование корректирующих способностей циклических кодов
цифровой сигнал циклический код Цифровой фильтр - в электронике любой фильтр, обрабатывающий цифровой сигнал с целью выделения и/или подавления определённых частот этого ...