1.6. Поверхностные явления в полупроводниках

Свойства полупроводников на поверхности и в объёме различаются, и данный факт необходимо учитывать при разработке и изготовлении ИС. Причина указанного различия состоит в возникновении поверхностных энергетических состояний у поверхности реальных полупроводниковых структур.

Эти состояния обусловлены:

• наличием нескомпенсированных валентных связей;

• искажением энергетического потенциала решётки у поверхности;

• другими всевозможными поверхностными дефектами.

С этими состояниями связано возникновение поверхностного заряда, то есть поверхность полупроводникового кристалла приобретает положительный или отрицательный заряд. В соответствии с условием электронейтральности образование поверхностного заряда должно сопровождаться возникновением объёмного заряда для нейтрализации. Тогда структура p-n-перехода (рис. 1.3) при отсутствии и наличии “+” поверхностного заряда будет иметь вид:

Рис. 1.6. Структура p-n-перехода при отсутствии (а) и наличии (б) поверхностного заряда

Поверхностные явления используются в микроэлектронных структурах в случае приложения к ним внешнего электрического поля. Они сильно изменяют электропроводность полупроводника и известны как эффект поля. Такие структуры положены в основу создания МДП-транзисторов с изолированным затвором.

1.7. Механизмы переноса носителей заряда

Электрический ток в полупроводниковых структурах и плёнках может протекать за счёт переноса различных носителей заряда: электронов, дырок, ионов. При этом свойства элементов ИС будут определяться прежде всего механизмами токопрохождения в них. На практике часто реализуется сразу несколько механизмов токопрохождения с преобладанием одного из них.

В соответствии с принятой классификацией различают следующие механизмы появления тока:

• за счёт надбарьерной (шоттковской) эмиссии;

• за счёт туннельного прохождения электронов;

• за счёт термоэлектронной эмиссии;

• за счёт примесной проводимости;

• за счёт ограничения пространственным зарядом.

Следует отметить, что шоттковский ток будет преобладающим при сравнительно низких потенциальных барьерах и высоких температурах, ток за счет ограничения пространственным зарядом возникает при малой высоте потенциального барьера, а туннельный механизм проявляется и преобладает при малой концентрации носителей заряда, низких температурах и малых толщинах перехода.

Перечисленные механизмы используются при построении различных плёночных структур, в том числе и сложных типа “металл-диэлектрик-металл-полупроводник” (МДМП).

Глава 2. Базовые физико-химические методы создания микроэлектронных структур

Изготовление ИС предполагает выполнение большого числа отдельных сложных и взаимосвязанных операций формирования структуры ИС. Все эти операции можно объединить в 4 группы:

• получение исходных пластин;

• выращивание пленок, из которых на пластине создаются полупроводниковые, диэлектрические и металлические слои;

• формирование рисунков, обеспечивающих воспроизведение топологии ИС на поверхности пластин;

• сборка и монтаж ИС.

Независимо от типа пластин, используемых в качестве исходного материала для изготовления ИС, их поверхности перед началом технологического цикла подвергают специальной очистке.