固态电子论2016-第八章选编.ppt

第八章 半导体表面与MIS结构;8.1 MIS结构的表面电场效应 8.2 MIS结构的C-V特性 8.3 Si-SiO2系统的性质 8.4 表面电场对pn结特性的影响 8.5 异质结;图8.1 MIS结构示意图及理想MIS的能带图; 我们通过一个理想MIS结构来讨论在外加电场作用下半导体表面层内发生的现象，并假设考虑的理想的MIS结构满足以下条件： ; 对于理想的p型半导体构成的MIS结构，若外加电场作用于该MIS结构，金属接高电位，即VG0时：;;表面势Vs ：称空间电荷层两端的电势差为表面势，以Vs表示之，规定表面电势比内部高时，Vs取正值；反之Vs取负值。 表面势及空间电荷区内电荷的分布情况随金属与半导体间所加的电压VG而变化，基本上可归纳为三种情况：多子堆积、多子耗尽和少子反型。;一、多数载流子堆积状态（积累层）：;二、多数载流子的耗尽状态（耗尽层）;三、少数载流子的反型状态（反型??）;金属与半导体间加负压，多子堆积;金属与半导体间加正压，多子堆积;8.1.3 表面空间电荷层的电场、电荷和电容;上式两边乘以dV并积分，得到 ;引入两个新参数： ; 在表面处，V=Vs，半导体表面处电场强度为：;在单位表面积的表面层中空穴的改变量为： 因为;MIS结构半导体表面层单位面积等效的微分电容为： ——单位F/m2，CS为表面处单位面积上的电容。;分析三种MIS表面层状态下的电容情况（p型MIS）：;二、平带状态;三、多子耗尽状态（耗尽层）;得到电势分布 表面势 其中的xd为半导体表面空间电荷区宽度。;四、少数载流子反型状态（反型层， VG＞0 ）;②强反型层出现的条件：当p型衬底表面处的电子浓度nS等于体内的多子空穴浓度时。;2. 弱反型和强反型时空间电荷区电荷、电容情况; 理想情况下，若外加偏压变化缓慢MIS结构处于平衡状态时，一旦出现强反型，表面耗尽层宽度就达到一个极大值xdm，不再随外加电压的增加而继续增加，利用耗尽层近似的方法求出最大宽度：;VT由绝缘层和半导体表面空间电荷区共同承担即： 其中V0是落在绝缘层上的电压降，2VB是落在空间电荷区的电压降，也就是表面势。;五、深耗尽状态