Эффект поля

Рассмотрим процессы в приповерхностной области полупроводника в случае когда перпендикулярно поверхности приложено внешнее электрическое поле с помощью металлического электрода, отделённого от полупроводника слоем диэлектрика (МДП - структура). Иногда МДП (окись).

Такая структура весьма похожа на конденсатор.

Пусть поверхностные состояния на границе полупроводника и диэлектрика отсутствуют.

Поэтому до включения электрического поля энергетическая диаграмма полупроводника у поверхности не искривлена. При включении электрического поля у поверхности металла и полупроводника, как у всего конденсатора, накапливаются заряды.

Изменение концентрации свободных НЗ под действием электрического поля приводит к изменению проводимости вдоль поверхности образца.

Это явление и называется эффектом поля. Зависимость поверхностной проводимости ∆G от потенциала поверхности φ₀.

∆G

При некатором напряжении концентрация електронов у

поверхности будет увеличиваться (при искривлении зон

вниз для полупроводника п-типа) будет увеличиваться

проводимость. Но если в дальнейшем напряжение изменится

так, что концентрация положительных зарядов на

поверхности уменьшится.

При этом меняется и знак заряда локализованного на поверхности. При этом напряжение концентрации e у поверхности равно концентрации дырок. Удельная электропроводность в близи поверхности равна собственной электропроводности полупроводника. Дальнейшее увеличение напряжения приведёт к появлению инверсионного дырочного слоя у поверхности. По мере увеличения концентрации дырок у поверхности с ростом приложенного напряжения поверхностная проводимость будет увеличиваться. Зависимость поверхностной электропроводности от приложенного напряжения имеет яркий min. Это min соответствует случаю собственной электропроводности в приповерхностном слое. По обе стороны min- область обогощения и область инверсии.

С увеличением степени легирования min кривых приращения поверхности электропроводности смещается влево.

Это объясняется тем, что с увеличением степени легирования, увеличивается потенциал, который нужно приложить к поверхности относительно объёма полупроводника для осуществления инверсии. Правая часть обусловлена электронной проводимостью, левая – дырочной.

22 § Вольт-ёмкостные характеристики МДП- структуры

Важным свойством МДП структуры зависимость её ёмкости от приложенного напряжения. Эта зависимость обусловлена тем, что толщина приповерхностного слоя обеднённого или обогащенного носителями заряда меняется с изменением приложенного напряжения. Рассмотрим основные соотношения для ёмкости МДП структуры. Пусть есть полупроводник p-типа. В случае области обогащение заряд дырок в полупроводнике накопляется в очень тонком приповерхностном слое. С изменением напряжения толщина этого слоя изменяется незначительно, т.к. плотность заряда при накоплении может неограниченно увеличиваться. Поэтому ёмкость такой МДП структуры в случае обогащения крайне мало изменяется с изменением приложенного напряжение. Другая картина в случае области обеднения. Тогда плотность заряда не может беспредельно увеличиваться, а ограничена плотностью заряда ионизированных атомов примесей равно qN_A. По мере увеличения приложенного напряжения и по мере увеличения заряда qN_Al_p (l_p-расстояние) толщина обеднённого слоя, она возрастает с увеличением напряжения того же знака электроны уходят, остаются положительно заряженные ионы.

МДП стуктуру можно рссматривать, как два последовательно соединённых

+ + + + + конденсатора, ёмкость одного конденсатора не зависит от напряжения и

выражается формулой:

- - - - -

d – толщина диэлектрика

ε_d- диэлектрическая проницаемость

Емкость другого обусловлена областью обеднения или областью пространственного заряда:

Полная ёмкость такой структуры:

В момент возникновения инверсионного слоя (поменяется тип электрической про водности) ситуация изменяется: кроме заряда qN_Al_p, обусловленного ионизированными атомами примеси, возникает заряд накопленных МНЗ вблизи поверхности. Полный заряд, индуктированный в полупроводнике: Q₃=Q_n+q*N_A*l_p

При этом плотность заряда не основных носителей заряда в инверсионном слое, как и в слое обогащённом может увеличиваться неограниченно, а толщина слоя при изменении напряжения изменяется крайне незначительно следовательно ширина обеднённого слоя l_p, с момента образования инверсионного слоя остаётся неизменной. Тогда с момента образования инверсии ёмкость МДП структуры не должно зависеть от приложенного напряжения. Покажем результирующую ёмкость в зависимости от приложенного напряжения.

A- величена C/C₀=1 и изменяется незначительно соответствует области обогащения в п/п

B- соответствует области обеднения

С- соответствует инверсии – ёмкость снова остаётся постоянной

На этом принципе функционируют много приборов

Вертикальный разрез прибора (МДП-транзистор)

1- диэлектрик

2- слой металла

3- затвор

С-сток

И-исток

Индуцируемый канал n-типа проводимости, по которому течёт ток от источника к стоку.

Тема 4: Диэлектрические свойства тв тел

Дата добавления: 2014-01-06