半導體表面和MIS結構的具體研究

半導體表面和MIS結構的具體研究1、表面電場效應

2、理想與非理想MIS結構的C-V特性

3、Si-SiO2系統(tǒng)的性質4、表面電導

重點:半導體表面和MIS結構的具體研究§8.1表面態(tài)一、表面態(tài)懸掛鍵、晶格缺陷、吸附分子硅表面STM掃描圖象半導體表面和MIS結構的具體研究二、半導體的表面結構1>清潔表面（LEED、STM、UPS）2>真實表面3>介質-半導體系統(tǒng)半導體表面和MIS結構的具體研究§8.2表面電場效應MIS結構理想MIS結構：（1）Wm=Ws；（2）絕緣層內無電荷,且絕緣層不導電；（3）絕緣層與半導體界面處不存在界面態(tài)。

半導體表面和MIS結構的具體研究一、Si-SiO2系統(tǒng)的性質

（CharacteristicsofSi-SiO2System）半導體表面和MIS結構的具體研究1、可動離子特點:

半徑較小，帶正電，具有熱激活的特點。如：Na+、K+、H+2、固定電荷位于距Si-SiO2界面約30埃以內，主要是Si-SiO界面附近的過剩Si+。氧化溫度越低，固定正電荷密度越大高溫退火可降低固定正電荷密度固定正電荷密度按晶體取向不同而不同(111)>(110)>(100)半導體表面和MIS結構的具體研究3、界面態(tài)存在于Si-SiO2界面離Si表面3-5埃內。分為施主界面態(tài)和受主界面態(tài)。4、陷阱電荷特點：通常不帶電。半導體表面和MIS結構的具體研究dx0+VG二、空間電荷層及表面勢VG=0時,理想MIS結構的能帶圖

如果VG>0:

Ev1Ec1EiEvEcEFsEFm半導體表面和MIS結構的具體研究半導體表面和MIS結構的具體研究半導體表面和MIS結構的具體研究（1）表面電場分布Es三、表面空間電荷層的電場、電勢和電容半導體表面和MIS結構的具體研究半導體表面和MIS結構的具體研究半導體表面和MIS結構的具體研究（2）表面電荷分布Qs半導體表面和MIS結構的具體研究（3）表面電容Cs半導體表面和MIS結構的具體研究討論：半導體表面和MIS結構的具體研究1、多子積累

QsQmx特征：

1）能帶向上彎曲并接近EF；2）多子（空穴）在半導體表面積累，越接近半導體表面多子濃度越高?！郪s<0,Qs>0半導體表面和MIS結構的具體研究半導體表面和MIS結構的具體研究2、平帶狀態(tài)

特征：半導體表面能帶平直。VG=0EFmEFsEcEvEiVs=0半導體表面和MIS結構的具體研究CFB半導體表面和MIS結構的具體研究特征：1）表面能帶向下彎曲；EFmEFsEcEvEiVG≥0QmQsx2）表面上的多子濃度比體內少得多，基本上耗盡，表面帶負電。3、多數(shù)載流子耗盡狀態(tài)半導體表面和MIS結構的具體研究Vs>0半導體表面和MIS結構的具體研究4、少數(shù)載流子反型狀態(tài)

特征：1）Ei與EF在表面處相交（此處為本征）；2）表面區(qū)的少子數(shù)>多子數(shù)——表面反型；3）反型層和半導體內部之間還夾著一層耗盡層。半導體表面和MIS結構的具體研究起初，因電子濃度較小，表面處于一弱反型的狀態(tài)，當能帶持續(xù)彎曲，使得導帶的邊緣接近費米能級。當靠近界面的電子濃度等于襯底的摻雜量時，開始產生強反型。在此之后，大部分在半導體中額外的負電荷是由電子在很窄的n型反型層(0≤x≤xi)中產生的電荷Qn所組成，其中xi為反型層的寬度。xi典型值的范圍從1nm~10nm，且通常遠小于表面耗盡區(qū)的寬度。半導體表面和MIS結構的具體研究半導體表面和MIS結構的具體研究---使半導體表面達到強反型時加在金屬電極

上的柵電壓就是開啟電壓.開啟電壓VT：半導體表面和MIS結構的具體研究臨界強反型時：半導體表面和MIS結構的具體研究強反型后：Vs>>VB

，且qVs>>k0T半導體表面和MIS結構的具體研究表面電場效應平帶表面反型VG=0VG≥0VG<0表面積累表面耗盡半導體表面和MIS結構的具體研究Vs/Qs/p型半導體n型半導體半導體表面和MIS結構的具體研究根據(jù)以上的討論，以下各區(qū)間的表面電勢可以區(qū)分為：

Vs<0：空穴積累(能帶向上彎曲)；

Vs=0：平帶情況；

VB>Vs>0：空穴耗盡(能帶向下彎曲)；

Vs=VB：禁帶中心，即ns＝np＝ni

(本征濃度)；

Vs>VB：反型(能帶向下彎曲超過費米能級)．半導體表面和MIS結構的具體研究積累耗盡反型半導體表面和MIS結構的具體研究一、理想MIS結構的電容效應CsCi等效電路MIS結構§8.3MIS結構的C-V特性

Capacitance-voltageCharacteristicsofMISStructureVG=Vs+Vi半導體表面和MIS結構的具體研究二、理想MIS電容器的C-V特性

半導體表面和MIS結構的具體研究1、VG<0(多子積累)：（1）當|Vs|較大時，有CCi半導體從內部到表面可視為導通狀態(tài)；C/Ci（2）當|Vs|較小時，有C/Ci<1。半導體表面和MIS結構的具體研究2、VG=0（平帶狀態(tài))di

絕緣層厚度特征：歸一化電容與襯底摻雜濃度NA和絕緣層厚度di有關。

C/Ci

若di一定，NA越大，表面空間電荷層變薄，CFB/Ci增大；NA一定，di越大，Ci愈小，CFB/Ci增大；根據(jù)上式，利用C-V曲線可得到di和NA（或ND)。半導體表面和MIS結構的具體研究3、VG>0(耗盡狀態(tài))半導體表面和MIS結構的具體研究4、VG>=VT

（強反型）A、低頻時

半導體表面和MIS結構的具體研究B、高頻時半導體表面和MIS結構的具體研究結論：（1）半導體材料及絕緣層材料一定時，C-V特性將隨di及NA而變化；（2）C-V特性與頻率有關半導體表面和MIS結構的具體研究三、實際MIS結構的C－V特性1、金屬與半導體功函數(shù)差Wms對MIS結構C-V特性的影響半導體表面和MIS結構的具體研究平帶電壓接觸電勢差Vms：因功函數(shù)不同而產生的電勢差?！獮榱嘶謴桶雽w表面平帶狀態(tài)，需外加一電壓。此處VFB為負。半導體表面和MIS結構的具體研究當