半导体表面和界面.PDF

第七章 半导体表面和界面  半导体表面的特点 15 -2 理想表面： （悬挂键，10 cm ) 表面层中原子排列的对称性与体内原子完全相同 实际表面： 清洁表面：超高真空中解理获得，表面没有吸 附杂质，也没有被氧化。 表面再构：表面原子在原子作用力的影响下发 生移动，使得晶体的三维平移对称性在表面层 受到破坏，表面上形成新的具有二维平移对称 性的原子排列结构。 真实表面：表面原子生成氧化物（天然氧化层1-2nm）吸附其它杂质 表面态：在表面处由于吸附了不同杂质，在禁带中引入附加能级 施主型：俘获电子后呈现电中性，空态时呈现出正电荷态 受主型：俘获电子后呈现负电荷态，空态时呈现出电中性 表面费米能级Efs ： 在表面处于电中性所对应的费米能级位置， 当E 与体内E 不相同时，就会发生电荷转移， fs f 直至相同。  半导体表面和界面的研究与集成电路的发展密切相关 1960’s 集成电路发明 （平面工艺，隔离、掩膜） 受半导体表面影响,稳定性差. 1970’s 二氧化硅工艺不断改善,可靠性显著提高 1980’s MOS器件发明 2000’s 高K介质薄膜  硅-二氧化硅系统 二氧化硅的结构 表面钝化 掺杂阻挡层 表面绝缘层 金属层 氧化层 MOS器件 晶片 Si-SiO 系统中的电荷 2 氧化层中固定电荷 Q f 氧化层中可动电荷 Qm 界面态电荷 Qit 氧化层中陷阱电荷 Qot * 氧化层中固定电荷 Q f  界面附近的过剩Si正离子  在外加电场下，不可移动  [111] [110] [100]  不依赖于Si掺杂和氧化层厚度  适当的热退火可以减少固定电荷 + + D D exp(E / kT) * 氧化层中可动电荷 Qm (Na , K )  a O B P Na 2 -2 -6 -8 D (cm/s) 1.5x10 3x10 1x10 5  Ea(eV) 3.09 2.14 3.5 1.75 *Si-SiO 界面态密度D 2 it 10 12 -2 -1 D 10 ~ 10 cm eV