1 2)Влияние глубоких центров на параметры опз

Глубокие центры(ГЦ). Образующие в энерг-й зоне п/п глубокие энергетические уровни , возникает из за наличия примесей, термообработки, мех. Дефектов и т.д.

Заполнение энергетических уровней е определяется положением уровня относительно Еf.

Уход е с уровня Еt1(Et2) привод к тому, что конц. Иониз. Примисей в ОПЗ ув. В случае наличия нескольких глубоких центров площади объемного заряда по ширине ОПЗ распределяется неравномерно . При этом ширина ОПЗ оказывается меньше, чем в п/п с 1-й мелкой легирующей примесью.

2 0.Вольт-фарадные характеристики структур МДП Структуры металл - диэлектрик - полупроводник, или сокращенно МДП-структуры, широким интересом к изучению их физических свойств обязаны появлению планарной технологии и развитию нового класса полупроводниковых приборов, работающих на основе эффекта поля, таких как приборы с зарядовой связью, полевые транзисторы с изолированным затвором, репрограммируемые элементы памяти с плавающим затвором и т.п. МДП-структуры позволяют анализировать основные процессы, протекающие в такого рода приборах, и являются чрезвычайно удобными объектами исследования. Устройство МДП-структуры следует из ее названия. МДП-структура представляет собой монокристаллическую пластину полупроводника, называемую подложкой, закрытую с планарной стороны диэлектриком. Металлический электрод, нанесенный на диэлектрик, носит название затвора, а сам диэлектрик называется подзатворным. На обратную непланарную сторону полупроводниковой пластины наносится металлический электрод, называющийся омическим контактом. Довольно часто в качестве диэлектрика в МДП-структурах используют окислы, поэтому вместо МДП употребляется название МОП-структура. Итак, МДП-структура, приведенная на рисунке 3.10, состоит из затвора, подзатворного диэлектрика, полупроводниковой подложки и омического контакта. Рис. 3.10. Устройство МДП структуры 1 - затвор, 2 - подзатворный диэлектрик, 3 - полупроводниковая подложка, 4 - омический контакт Рассмотрим зонную энергетическую диаграмму МДП-структуры при равновесных условиях. Согласно правилу построения зонных диаграмм необходимо, чтобы в системе при отсутствии приложенного напряжения: а) уровень вакуума был непрерывен; б) электронное сродство диэлектрика и полупроводника в каждой точке было постоянно; в) уровень Ферми был одинаков. На рисунке 3.11а приведена построенная таким образом зонная диаграмма для идеальной МДП-структуры. Под идеальной МДП-структурой будем понимать такую систему металл - диэлектрик - полупроводник, когда: - отсутствуют поверхностные состояния на границе раздела полупроводник - диэлектрик, - термодинамические работы выхода металла затвора и полупроводника подложки равны между собой, - отсутствуют заряженные центры в объеме подзатворного диэлектрика, - сопротивление подзатворного диэлектрика бесконечно велико, так что сквозной ток через него отсутствует при любых напряжениях на затворе. На рисунке 3.11б, в приведены зонные диаграммы идеальных МДП-структур при различных полярностях приложенного напряжения V_G к затвору. Рис. 3.11. Зонная диаграмма идеальной МДП-структуры с полупроводником p-типа: а) V_G = 0; б) V_G > 0; в) V_G < 0; г) распределение зарядов в МДП-структуре при V_G > 0; д) распределение приложенного напряжения V_Gмежду диэлектриком и полупроводником МДП-структуры, близкие к идеальным, получают, используя "хлорную" технологию термического выращивания двуокиси кремния на кремнии, причем для n-Si в качестве материала затвора используется алюминий, а для p-Si используется золото. МДП-структуры, в которых нарушается одно из вышеперечисленных требований, получили название реальных МДП-структур, рассмотрение свойств которых далее и проводится.

5 .Энергетическая диаграмма электронов в металле. Электроны проводимости в металле рассматриваются как вырожденный идеальный газ–Ферми, находящийся в потенциальном поле, вид которого можно аппроксимировать потенциальной «ямой» с плоским дном. За нулевую энергию выбирается энергия покоящегося свободного электрона вне металла. Соответственно, вне заряженного проводника потенциал электрического поля равен нулю  , внутри металла  ), а глубина потенциальной «ямы» равна  , где e – заряд электрона. Таким образом, потенциальная энергия электрона внутри металла отрицательная. На рисунке  8.7.1. энергетические уровни электронов Ферми – газа обозначены тонкими горизонтальными линиями, начинающимися при   и заполняющие интервал энергий от дна потенциальной ямы до уровня Ферми .

Энергетическая диаграмма электронов в металле.(рис 1) Работа, которую нужно совершить, чтобы вырвать электрон из металла, называется работой выхода .Работа выхода имеет величину порядка нескольких эВ, зависит от рода металла и состояния его поверхности. В квантовой теории твердого тела работа выхода отсчитывается от верхнего занятого электронами уровня Ферми:  (см рис1).

К онтакт двух разнородных металлов.

Э нергетические диаграммы электронов двух разнородных металлов до соединения(рис 2) Рассмотрим два разнородных металла, отличающихся работами выхода   и   и уровнями Ферми   и  . Пусть для определенности   и в металле (1) заполнены более высокие энергетические уровни, чем в металле (2). Вначале металлы разведены на расстояние во много раз превышающее период кристаллической решетки .(рис 2). Если металлы привести в соприкосновение (создать контакт между ними), то электроны проводимости могут переходить из одного проводника в другой в месте контакта. Работа выхода уменьшается с увеличением энергии Ферми. Для понимания явлений в переходе металл – металл необходимо принять во внимание, что энергия Ферми зависит от концентрации свободных электронов в зоне проводимости – чем больше концентрация электронов, тем больше энергия Ферми. Это означает, что при образовании перехода на границе «металл – металл» концентрация свободных электронов по разные стороны границы различна – она больше со стороны металла (1) с большей энергией Ферми. Изменение концентрации электронов от   до   происходит в некоторой области   вблизи границы раздела между металлами, которая называется переходным слоем.(рис 3). Изменение потенциала электрического поля на переходе показано на рисунке( рис 4).В процессе образования перехода энергии Ферми в металлах на границе изменяются. Металл с большей энергией Ферми заряжается положительно, и, следовательно, работа выхода из этого металла увеличивается.

Р ис.3. Образование зарядов по разные стороны границы перехода.Изменение концентрации свободных электронов в области  перехода. Рис.4. – Изменение потенциала электрического поля в области перехода

В озникновение внутренней контактной разности потенциалов. В состоянии равновесия энергии Ферми в обоих металлах становятся равными. Это утверждение является очевидным. Электрические потенциалы по разные стороны перехода различны, а в переходе возникает электрическое поле. Уравнивание энергий Ферми является важнейшим фактором, определяющим характер процессов в переходе (рис 5). Разность потенциалов контактирующих металлов называется внутренней контактной разностью потенциалов, она определяется с достаточно большой точностью соотношением:.  = Можно выразить контактную разность потенциалов через концентрацию электронов в зоне проводимости первого и второго металлических проводников: = Изменение потенциала от   до   происходит внутри очень тонкого контактного слоя толщиной  .

Рис 5. – Возникновение контактной разности потенциалов на переходе

Возникновение внешней контактной разности потенциалов. Потенциалы   и    электрических полей вблизи поверхностей контактирующих металлов не одинаковы. Это связано с тем, что приграничная область металла 1 заряжается положительно, и одновременно с этим происходит относительное смещение энергетических уровней электронов в контактирующих металлах: в металле 1 все уровни смещаются вниз, а в металле 2, приграничная область которого имеет отрицательный заряд, все уровни смещаются вверх. Таким образом, возникает внешняя контактная разность потенциалов, обусловленная разностью работ выхода электронов из металлов 1 и 2 (рис.5.): .