Вольтфарадные характеристики реальных мдп-диодов.

В силу причин, приведенных ранее, ВФХ реального диода отлича­ются от идеальных. Рассмотрим эти причины подробнее.

1). Различие работ выхода из металла и полупроводника приводит к накоплению на них зарядов противоположных знаков в отсутствие смещения, что эквивалентно влиянию некоторого внешнего напряже­ния, приложенного к идеальному диоду. В результате ВФХ смещается по оси абсцисс относительно характеристики идеального диода.

2). Наличие неподвижного объемного заряда в слое диэлектрика вблизи полупроводника также приводит к смещению ВФХ относитель­но ВФХ идеального диода.

3). Наличие поверхностных состояний на границе раздела полупро­водник-диэлектрик, способных обмениваться зарядами с объемом по­лупроводника, приводит к изменению заряда, локализованного на границе при изменении положения поверхностных состояний относитель­но уровня Ферми. Перемещение поверхностных состояний по шкале энергии определяется напряжением смещения, и, таким образом, по­верхностные состояния дают различный вклад в изменение емкости идеального диода при различных смещениях. Вследствие этого резуль­тирующая ВФХ изменяет свой наклон и смещается по оси напряжений по сравнению с ВФХ идеального диода.

4). На стабильность ВФХ отрицательное влияние оказывают по­движные ионы, которые могут перемещаться в диэлектрике.

5). К изменениям ВФХ приводят также наличие тока утечки через диэлектрик неудовлетворительного качества, краевые эффекты и т.п.

Наличие "встроенного" (неподвижного) заряда на границе раздела диэлектрик-полупроводник, "быстрых" поверхностных состояний, не­сущих заряд, и разность работ выхода из металла и полупроводника нарушают структуру плоских зон в отсутствие внешней разности по­тенциалов. Чтобы воссоздать структуру плоских зон, необходимо при­ложить смещение, которое, во-первых, компенсировало бы контакт­ную разность потенциалов и, во-вторых, создало на границе раздела заряд, равный по величине и противоположный по знаку встроенному заряду и заряду быстрых поверхностных состояний. Заряд, равный суммарному заряду поверхностных состояний, можно индуцировать, приложив смещение U₁:

Q_ss=C₁∙U₁, (9.3)

где С₁ - емкость диэлектрика.

Полное напряжение смещения, создающее структуру плоских зон, равно

, (9.4)

Разрешив это соотношение относительно Qss, получим:

Q_SS=C₁(U_FB-Ф_МП), (9.5)

Ф_МП =Ф_М - Ф_П

где Ф_М, Ф_П - работы выхода электрона из металла и полупроводника соответственно.

Разность работ выхода из металла и полупроводника Ф_МП для рас­пространенных контактных металлов приведена на графике (рис. 9.5).

Рис. 9.5.Зависимость разности работ выхода из металла и полупроводника от концент­рации и типа примеси в полупроводнике и вида металла

Для определения плотности поверхностных состояний (неподвиж­ных и быстрых, заполненных в соответствии с условием плоских зон) используем соотношение

, (9.6)

где S – площадь МДП-структуры;

q₀ - заряд электрона.

Для определения емкости плоских зон идеального МДП-диода сле­дует воспользоваться графиком, приведенным на рис. 9.6.

Рис. 9.6. Зависимость, нормированной емкости плоских зон для идеальной МДП-струк­туры от толщины оксида и концентрации примеси в полупроводнике: C₁ - емкость диэлектрика