第七章-半导体表面及MIS结构.ppt

4、陷阱电荷 在Si-SiO2界面处附近，会有一些载流子的陷阱， 由于辐照的原因，使得在SiO2中产生一些电子空 穴对，电子在外加电场作用下，被扫向栅结，而 空穴难以移动会被陷阱俘获，形成正的空间电荷。 但辐照感应产生的空间电荷可以通过300℃ 以上 退火消除。 所以，后处理对MOSFET的性能的稳定是 非常重要的。 §7.5 表 面 电 导 及 迁 移 率 1.表面电导 特点： 表面电导的大小应取决于表面层内载 流子的数量及其迁移率。 载流子数量及迁移率越大，表面电导 也越大。 半导体的表面电导也随周围环境变化。 应用： 垂直于表面方向的电场形成的表面势 可控制表面电导－－ MOS场效应管。 由于表面电场的作用，在半导体表面层引起的 附加空穴和电子数（△p 、△n ），其值由表 面势VS 等决定。 多子积累时电导增加；当表面势变化时表面处于 耗尽状态，表面电导较小。如在平带时的表面电 导为 所以： 2. 表面载流子的有效迁移率 载流子的有效迁移率是指其在表面层中的平均迁移率。 由表面层电子贡献的表面电导应为： 设在离表面距离为x处电子的浓度和迁移率分别为 及 ，则该处的电导率为 对整个表面积分 表明在表面存在表面存在与晶格散射相类似的散射机构。 上式除以表面层内电子形成的单位面积电荷Qn的绝对值，则得电子的有效迁移率为 此外还发现，有效迁移率还于温度有关， 主要由于： 在较高的温度下，反型层中电子和空穴的有效迁移率与温度有 的关系。 1、表面电场效应 小 结 表面势及空间电荷区内电荷的分布情况随金属与半 导体间所加电压 而变化。 可归纳为多子积累，耗尽，反型，深耗尽 四种情况，以下以n型半导体为例。 （1）积累状态:金属与半导体间加正电压，表面 势Vs为正值，表面处能带向下弯曲，表面多子－ 电子浓度增加，这样表面层内出现电子堆积。 （2）耗尽状态:金属与半导体间加不太高的负电 压，表面势Vs为负值，表面处能带向上弯曲，越 接近表面，Ec离EF越远，导带中电子浓度越低 ，表面多子耗尽，正电荷浓度近似为电离施主浓 度。 （3）反型状态: 金属和半导体间加负电压,且V0，表面能带向上弯曲，表面处EF低于Ei，空穴浓度超过电子浓度，表面导电类型与体内相反叫反型层。反型层发生在近表面处，从反型层到半导体内部还夹着一层耗尽层。半导体空间电荷层内的正电荷由两部分组成，一部分是耗尽层中已电离的施主正电荷，一部分是反型层中的空穴。 平带状态: 理想MIS结构，当VG=0时，Vs=0，表 面能带不弯曲，Qs=0，E=0。此时空间电荷区电 容称为平带电容，用CFBS表示： 强反型条件 ： 表面耗尽层宽度达到极大值： Ec Ev Ei EF (a) 多子堆积 Ec Ev Ei EF (b) 多子耗尽 x x x x (a) 反型 (b) 深耗尽 由n型半导体构成的理想MIS结构在各种VG下的表面势和电荷分布 Ec Ec EF Ei Ev Ev EF Ei 注意区别 2、MIS结构的C-V特性 Vg= Vo+ Vs 加在MIS结构金属板上的电压Vg降在绝缘层和半导体表面层中，即: MIS结构的等效电容C满足 : 3、非理想情况下，考虑功函数差和绝缘层电荷 的存在，则Vg=0时，表面能带发生弯曲。 为了恢复平带需要在金属板上加的电压称为平 带电压，常用VFB表示 其中： 第二项是绝缘层中电荷引入的平带电压。一般而 言，绝缘层中存在正电荷，它引入负的平带电压 ? 试计算下列情况的平带电压的变化： （1）氧化层中均匀分布着正电荷 （2）三角形电荷分布，金属附近高，硅附近为零 （3）三角形电荷分布，硅附近高，金属附近为零 解：绝缘层内电荷引起的平带电压 （1）电荷均匀分布 （2）三角形电荷分布，金属附近高，硅附近 为零 x ρ 0 因为： 所以： （3）三角形电荷分布，硅附近高，金属附近为零 x ρ 0 因为： 所以： 本章习题： page 278 1、2、3、5、7 2010-12-1 By Dr. Jun Zhu Time limited, but searching in whole life! Wish you success! * 上式表明MIS结构电容相当于绝缘层电容和半导体空间电荷层电容的串联，由此可得MIS结构的等效电路如图所示： MIS结构的等效电路 理想MIS结构的C-V特性 1、多子积累时：偏压Vg为负，半导体表面处于堆积状态（以P型半导体） （1）当/Vs/较大时，有C Co 半导体从内部到表面可视为导通状态； C/Co