![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Эффект поля в идеальной МДП-структуреРассмотрим возможные варианты состояний полупроводника границы раздела кремний – оксид кремния при изменении напряжения, приложенного к металлу (поликремнию). В невырожденной кремниевой p-подложке с объемной плотностью акцепторов Na равновесные концентрации дырок и электронов выражаются формулами
где Прикладывая положительное напряжение к затвору, мы увеличиваем потенциал в объеме p-кремния и на границе раздела. При этом концентрация электронов экспоненциальным образом увеличивается, а дырок - уменьшается. В частности, для объемной концентрации электронов и дырок на границе раздела с окислом имеем
где При этом возможны четыре основные ситуации, которые поясняютсярис.4.2,а - г: 1. Приложенное напряжение отрицательно (U<0, рис.4.2,а). Поле в полупроводнике экранируется избыточными дырками, концентрация которых вблизи поверхности полупроводника повышается. Такой режим называется режимом обогащения. Положительный заряд избыточных дырок в полупроводнике уравновешен отрицательным зарядом электронов на поверхности затвора. Электрическое поле проникает в полупроводник на глубину порядка дебаевой длины экранирования в подложке; 2. Приложенное напряжение положительно и не превышает некоторой величины Uин называемой напряжением инверсии (рис.4.2,б) - 0< U< Uин. В этом режиме энергетические зоны искривляются в противоположную сторону. Величина поверхностного потенциала положительна и не превышает величины
Очевидно, что приповерхностный слой полупроводникаобеднен основными носителями (режимобеднений). При условии(4.5)уровень электростатической энергии остается выше уровня Ферми Ei>EF, поэтому концентрация неосновных носителей (электронов) весьма мала (np0<ni). Ширина xd и плотность заряда qNa обедненной области на единицу площади дляоднородно-легированной подложки определяются условием электронейтральности и выражаются в приближении обедненного слоя простыми зависимостями от поверхностного потенциала
Соотношение (4.7) аналогично соотношению, определяющему ширину резкого несимметричного р-n-перехода с заменой контактной разности потенциалов Отсюда легко получить удельную (на единицу площади) емкость обедненной области
При увеличении напряжения U до величины напряжения инверсии Uин выполняется условие
Рисунок 4.2 - Энергетические зонные диаграммы МДП структуры: а - режим обогащения; б - режим обеднения; в - режим слабой инверсии; г - режим сильной инверсии 3.Приложенное напряжение превышает напряжение инверсий (U>Ui,рис.4.2,в). В этом режиме Такой режим называется режимом слабой инверсии. В режиме слабой инверсии практически во всей области пространственного заряда (ОПЗ) (0<x<xd) концентрации подвижных носителей заряда остаются намного меньшими, чем в подложке, поэтому толщина ОПЗ определяется соотношением (4.6). Концентрация электронов максимальна на поверхности (x=0) и резко убывает при х>0; 4.Когда поверхностный потенциал
Дальнейшее увеличение напряжения (переход в область сильной инверсии) не приводит к заметному расширению ОПЗ, так как тонкий инверсионный слой экранирует ОПЗ от электростатического воздействия со стороны затвора. При повышении напряжения электрическое поле увеличивается только в диэлектрике. Толщина инверсионного слоя в режиме сильной инверсии имеет порядок дебаевой длины экранирования LD (5 нм… 10 нм).
|