半导体物理分章答案第八章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 半导体表面与,MIS,结构,Semiconductor surface and metal-insulator-semiconductor structure,沈阳工业大学电子科学与技术系,重点：,表面态概念,表面电场效应,MIS,结构电容,-,电压特性,硅,-,二氧化硅系统性质,金属栅电极,绝缘层,V,G,V,G,C,0,C,s,半导体,MIS,结构 等效电路,MIS,结构,8.1,表面态,理想表面：表面层中原子排列的对称性与体内原子完全相同，且表面不附着任何原子或分子的半无限晶体表面。,晶格周期性在表面处中断或其它因素而引起的局（定）域在表面附近的电子态。理想表面上形成的表面态,称为,达姆表面态,。,表面态：,与表面态相应的能级称为表面能级。,分布在禁带内的表面能级，彼此靠得很近，形成准连续的分布。,表面能级：,8.2,表面电场效应,Effect of Surface Electric,多子积累状态,耗尽状态,反型状态,理想,MIS,结构,（,1,）,W,m,=,W,s,；,（,2,）绝缘层内无电荷，且绝缘层不导电；,（,3,）绝缘层与半导体界面处不存在界面态；,（,4,）由均匀半导体构成，无边缘电场效应。,金属栅电极,绝缘层,V,G,V,G,C,0,C,s,半导体,MIS,结构 等效电路,E,c,E,F,E,V,金属,半导体,1,、空间电荷层,(,表面电荷层,),及表面势,表面电荷层：,MIS,结构外加偏压之后，在绝缘层一侧的半导体表面附近形成的电荷区称为表面电荷层。,表面势,(V,s,),：半导体表面电荷层两端的电势差称为表面势。,规定：表面电势比体内高时，,V,s,取正值；,表面电势比体内低时，,V,s,取负值。,E,C,E,V,E,i,E,Fs,V,G,0,x,P,型半导体,x,d,（,3,）少数载流子反型状态,Q,n,Q,m,（,1,）表面能带向下弯曲；（,2,）表面上的多子浓度远少于体内，基本上耗尽，表面带负电。,（,1,）,E,i,与,E,F,在表面处相交；（,2,）表面区的少子数大于多子数,表面反型；（,3,）反型层和半导体内部之间还夹着一层耗尽层。,特征,E,C,E,V,E,i,E,Fs,V,G,0,x,P,型半导体,x,dm,N,型半导体,2,、表面空间电荷层的电场、电势及电容,（,1,）表面电场分布,空间电荷层中电势,V,(,x,),满足：,由以上方程得到,上式两边乘以,dV,并积分，得到,将上式两边积分，并根据,得,令，,则,表面处，,V,=,V,s,，则半导体表面处的电场强度为：,（,2,）表面电荷分布,Q,s,根据高斯定理，表面的电荷面密度为：,（,3,）表面电容,C,s,多数载流子堆积状态（,V,s,0,）,（,4,）各种状态下的表面电场、电荷量、电容,平带状态（,V,s,=0,）,耗尽状态（,V,s,0,，,Q,s,2,V,B,（,5,）关于空间电荷层的讨论,强反型时空间电荷层达到最厚,由,8-43,式得,当,V,s,=2V,B,时,x,d,达到最大,深耗尽现象,反型层中的电子是通过热激发产生的，需要时间。若,V,s,突变、远大于,2V,B,时，空间电荷只能由多子耗尽方式提供，于是发生深耗尽现象,强反型高频条件下，,空间电荷层电容保持最小,8.3 MIS,结构的电容,-,电压特性,C-V characteristics of MIS structure,沈阳工业大学电子科学与技术系,（,1,）理想,MIS,结构的电容,-,电压特性,金属栅电极,绝缘层,V,G,V,G,C,0,C,s,半导体,MIS,结构 等效电路,归一化电容,:,多数载流子堆积区（,V,s,0,）,当,|,V,s,|,较大时，,C,/,C,0,=1,。此时从半导体内部到表面可视为导通的，电荷聚集在绝缘层两边。,当,|,V,G,|,较小时，,|,V,s,|,也很小，此时,C,/,C,0,值随,|,V,s,|,减小而下降。,平带状态（,V,s,=0,，,Q,s,0,）,强反型后（,V,s,0,）,A.,低频时,少子的产生,-,复合跟得上小信号的变化。,强反型后（,V,s,0,）,B.,高频时,反型层电荷对,MIS,电容没有贡献。,讨 论,（,1,）用,电荷面密度与,V,s,的定性关系解释,C-V,特性,（,2,）,C-V,特性与频率有关，可利用高频特性判断半导体的导电类型,（,3,）,MIS,结构的半导体材料及绝缘体材料一定时，利用,C-V,特性测试,d,0,及掺杂浓度,（,2,）金属与半导体功函数差对,MIS,结构,C-V,特性的影响,例：当,W,m,0,时,开启电压,V,T,场感应结,感应结最大耗尽层宽度,栅控二极管结构示意图,P,区,N,+,区,SiO,2,层,栅电极（金属层）,V,I,V,G,V,I,=V,R,0,时,开启电压,V,T,感应结最大耗尽层宽度,表面电场对反向电流的影响主要体现在以下两个方面：,表面电场产生的感应结扩大了,p-n,结空间电荷区，导致硅材料,p-n,结空间电荷区中产生电流增大，引起反向电流增加,。,表面电场使得半导体表面被耗尽时，硅和二氧化硅界面处的界面态引起总产生电流增加。,（,2,）表面电场作用下,p-n,结的反向电流,（,3,）表面电场对,p-n,结击穿特性的影响,（,4,）表面钝化,