4. Порядок выполнение работы

1. Ознакомиться по функциональной схеме с расположением приборов макета на лабораторном столе.

2. Включить прибор измерения емкости Е2-21 и дать ему прогреться в течение 20 минут.

3. Установить зонд на алюминиевый контакт МДП-структуры.

4. Изменяя напряжение на образце, снять CV - характеристику. Учитывая , что эффект поля для тонкой пленки наблюдаются в интервале смещений от -2 до +2 В , следует в этом интервале изменять напряжение с шагом 0,1 В. Максимальное напряжение 20В . Измеряемые значения напряжения и емкостей заносить в таблицу 1.

- 20 -

Таблица 1

U, B	- 20 … 0 … + 20
C, nФ
С/Сo

1. Повторить измерения для нескольких образцов МДП-структуры по указанию преподавателя.

2. С помощью микроскопа измерить площадь S_к контактной площадки.

5. Анализ и обработка результатов эксперимента:

1. Построить вольт-фарадные характеристики измеренных структур. МДП - структура представляет собой плоский конденсатор , емкость которого не зависит от заряда на обкладках и определяется по формуле плоского конденсатора

Co = , (1)

где do - толщина слоя диэлектрика; Ed - диэлектрическая проницаемость диэлектрика для SiO₂ Ed = 3,5 - 4, Eo - диэлектрическая проницаемость вакуума Eo = 8,85 10 ф/м.

Mеталл Д полупр. Металл Д полупр.

При приложении внешнего поля (рис.8а, прямое смещение) емкость МДП-структуры не меняется и определяется только толщиной слоя диэлектрика.

2. Определить из CV- характеристики емкость С_о; определить толщину слоя диэлектрика.

При изменении полярности приложенного напряжения (рис.8б, обратное смещение) электроны выталкиваются внешним полем вглубь полупроводника, вследствие чего в приповерхностном слое образуется неподвижный положительный заряд ионизированных доноров (акцепторов):

Q_SS = q N_g d_S , (2)

где N_g- концентрация доноров (акцепторов);

d_s - толщина слоя объемного заряда (порядка 10 ³ межатомных

расстояний).

Емкость такой структуры определяется как емкость двух последовательно соединенных конденсаторов:

1

C_МДП

1

C₀

1

C_S

= + ; C_S = E_П E₀ S_K / d_S (3)

E_П = 12 (для Si), С_S - емкость обедненного слоя.

Таким образом, в состоянии обеднения емкость МДП-структуры уменьшается с ростом приложенного напряжения (рис .8 б).

3. определить из CV - характеристики толщину обедненного слоя.

При увеличении обратного смещения к отрицательно заряженному металлическому электроду начинают притягиваться неосновные носители, вследствие чего наступает инверсия типа проводимости, т.е. изменение типа проводимости. Толщина обедненного слоя уменьшается, емкость МДП-структуры увеличивается вплоть до значения С_о (рис .9) .

Подобная CV характеристика получается для малого низкочастотного сигнала, наложенного на постоянное смещение. В данном эксперименте измерения проводятся на частоте сигнала порядка 1Мгц . Поэтому толщина обедненного слоя с момента возникновения инверсии типа проводимости не изменяется .

Рис.9.

1. Из CV- характеристики определите емкость МДП-структуры в момент возникновение инверсии.

2. Определите емкость обедненного слоя по формуле (3) .

3. Определите толщину обедненного слоя по формуле (3) .

5.4 Определите величину и знак заряда на границе раздела полупроводник - диэлектрик.

Существование поверхностных состояний на границе раздела (уровни Шокли, уровни Тамма, кислородные вакансии в диэлектрике) приводит к возникновению поверхностного заряда и изгиба зон даже в отсутствии внешнего смещения, поэтому на экспериментальной CV характеристике инверсия типа проводимости возникает в зависимости от знака поверхностного заряда при меньшем или большем напряжении обратного смещения по отношению к теоретической кривой.

1. Построить графики зависимости С/С_о от приложенного смещения .

5.4.2.Определить напряжение плоских зон (рис .10).

С/С_о

V_{П. З.}

V

Рис.10. Определение напряжения плоских зон .

5.4.3. Исходя из относительного сдвига теоретической и экспериментальной кривых, определить знак суммарного поверхностного заряда Q на границе раздела S = SiO₂ . Объяснить полученный результат.

Список литературы:

Г. И. Епифанов, Ю. А. Мома. Твердотельная электроника . - М : Высшая школа , 1986.