半导体表面与结构.pptVIP

8.1 表面态 表面处晶体的周期场中断； 表面往往易受到损伤、氧化和沾污，从而影响器件的稳定性； 表面往往要特殊保护措施，如钝化 表面是器件制备的基础，如MOSFET等 晶格表面处突然终止，在晶格表面存在未饱和的化学键，称为悬挂键，与之对应的电子能态称为表面态。 三、真实表面 1.清洁表面： 在超高真空(UHV) (～10-9Torr)环境中解理 晶体，可以在短时间内获得清洁表面，但与 理想表面不同：解理后的表面易形成再构 2.真实表面 自然氧化层（~ nm）－大部分悬挂键被饱 和，使表面态密度降低 表面态密度1010~1012cm-2（施主型、受主型） 8.2 表面电场效应 如图装置是MIS结构。 (Metal-Insulator-Semiconductor) 中间以绝缘层隔开的金属板和半导体衬底组成的，在金/半间加电压时即可产生表面电场。 结构简单，影响因素多。（功函数、带电粒子，界面态等） 8.2.1 空间电荷层及表面势 VG=0时，理想MIS结构的能带图 空间电荷区的泊松方程 假设： 半导体表面是个无限大的面，其线度≧空间电荷层厚度 一维近似，(ρ,E,V)不依赖y,z 半导体厚度≧空间电荷层厚度 半导体体内电中性 半导体均匀掺杂 非简并统计适用于空间电荷层 不考虑量子效应 在脉冲式外电场的作用下，即使达到了 ，但是由于少数载流子的产生需要一定的时间，也不会立即出现反型层，而仍保持为耗尽的状态（此时的耗尽厚度比最大耗尽层厚度还要大）。 多数载流子完全被耗尽，应该出现，但是一时不出现反型层的一种半导体表面状态。 理想MIS结构C-V特性 多子堆积区： 平带状态： 多子耗尽： 少子反型： ◆低频，弱反型 VG0, VG↑,d↑,Qs:从V1/2 exp(qVs/2k0T) Cs=dQs/dVs:从V-1/2 exp(-qVs/k0T) 结论 理想MIS结构，半导体材料与绝缘层材料一定时，C-V特性随半导体材料掺杂浓度及绝缘层厚度d0而变； C-V特性与频率有关 金、半功函数不同，偏压为零时，半导体表面层并不处于平带状态。 8.3.3 绝缘层中电荷对MIS结构C-V特性的影响 8.4 硅-二氧化硅系统的性质 电荷分类： 可动离子 固定电荷 界面态 电离陷阱电荷 结论 高频MOS电容-电压特性测试时研究MOS器件 半导体界面特性的重要方法 可测试： 导电类型 半导体掺杂浓度(NA或ND) SiO2厚度(d0) 氧化层固定电荷密度 氧化层可动电荷密度 8.5 表面电导及迁移率 表面电导： 讨论半导体表面层内沿平行于表面方向的电导问题。 表面电导取决于表面层内载流子的数量、迁移率。 载流子数量及迁移率越大，表面电导也越大。 复习题(1) 什么是空间电荷区？如何才能在半导体表面形成正的空间电荷区和负的空间电荷区？ 说明表面势的物理意义，如何才能保证VS0和VS0 ？ 为什么半导体的表面会发生弯曲？说明能带向上弯和向下弯的条件？ 能带弯曲以后形成电子势垒还是空穴势垒，如何判断之。在能带图上讨论n型半导体和表面空间电荷的关系。 半导体表面积累、耗尽、本征和反型的物理意义是什么？分析n型半导体和p型半导体形成上述几种状态的条件，以图示意之。 分别对n型衬底和p型衬底MOS结构，画出在外加偏压条件下MOS结构中对应于载流子在积累、耗尽、强反型时能带和电荷分布图。 画出n衬底MOS电容高频和低频CV曲线，并给出此结构的等效电路，写出MOS的电容表达式（包括归一化电容的表达式）。 设氧化层厚度为1mm的Si MOS结构的p型衬底的掺杂浓度分别为N＝1015/cm3和1016/cm3，比较这两种结构强反型状态耗尽层电容和MOS电容的极小值 从物理上说明归一化平带电容随氧化层厚度及掺杂浓度的变化趋势。计算N衬底的Si MOS结构的平带电容值和德拜长度。 在 MOS结构中，减薄氧化层厚度对C－V曲线有何影响？如果改变衬底掺杂浓度，对C－V曲线有何影响？ 设在实际MOS结构中存在可动离子，固定电荷和金–半功函数差，说明每种情况对MOS结构C–V特性的影响。 在忽略界面态影响情况下，可以用什么实验方法测量MOS结构氧化层中固定电荷与可动电荷，说明试验方法及有关公式。 用耗尽近似方法推导半导体表面耗尽层的表面势，厚度和空间表面电荷的表示式。 习题： 5、6、7、8、9 b) 体电荷分布 绝缘层中若存在非薄层电荷，而是某种体电荷分布。 可分成无数层薄层电荷，由积分求出平带电压。 设电荷密度为?(x)，dx薄层内，单位面积上 电荷ρ(x)dx。