1.5. Контакт металл-полупроводник

Рассчитать и построить ВАХ контакта металл-полупроводник на основе кремния с концентрацией примеси, равной N, при заданной температуре Т. При этом необходимо определить:

- контактную разность потенциалов и высоту барьера Шоттки

- толщину обедненного слоя полупроводника W в равновесном состоянии;

- величину диффузионной и дрейфовой составляющей скорости электронов при протекании тока через контакт металл-полупроводник, на основе чего выбрать выражение для расчета ВАХ;

- барьерную емкость контакта металл-полупроводник при обратном напряжении смещения U_CM;

- оценить вероятность туннелирования электронов с энергией Е, сквозь барьер при заданном прямом напряжении смещения U_CM. Площадь контакта металл-полу проводник считать А=1 10 ^-6м². Основываясь на данных расчета, построить энергетическую диаграмму контакта металл-полупроводник при заданном напряжении смещения.

Численные значения исходных данных, необходимых для выполнения задания по вариантам 5.1-5.24, представлены в табл. 5.

Таблица 5

Варианты индивидуальных заданий

№ варианта	Тип проводимости кремния	Работа выхода электронов из металла M, эВ	T, К	N, см -3	Uсм, B	Е/M
5.1	р	4,1 (А1)	200	5·1025	3	0,9
5.2	n	4,2 (Та)	210	2·1024	0,5	0,95
5.3	n	4,75 (Аu)	220	1·1024	4	0,95
5.4	n	5,3 (Pt)	230	1·1025	1	0,95
5.5	р	4,5 (W)	240	5·1024	2	0,9
5.6	р	4,1 (А1)	250	3·1025	1,3	0,95
5.7	n	4,2 (Та)	260	4·1024	1,4	0,95
5.8	n	4,75 (Аu)	270	6·1024	1,5	0,9
5.9	n	5,3 (Pt)	280	9·1025	1,6	0,95
5.10	n	4,5 (W)	290	7·1024	1,7	0,95
5.11	n	4,1 (А1)	300	5,2·1025	1,8	0,9
5.12	р	4,2 (Та)	310	2,6·1024	1,9	0,95
5.13	р	4,75 (Аu)	320	1,3·1024	2,0	0,95
5.14	n	5,3 (Pt)	330	1,6·1025	2,1	0,9
5.15	n	4,5 (W)	340	5,8·1024	2,2	0,95
5.16	n	4,1 (А1)	350	3,6·1025	2,3	0,95
5.17	р	4,2 (Та)	360	4,5·1024	2,4	0,9
5.18	р	4,75 (Аu)	370	6,8·1024	0,6	0,95
5.19	n	5,3 (Pt)	380	9,2·1025	0,7	0,95
5.20	n	4,5 (W)	390	7,6·1024	0,8	0,9
5.21	n	4,1 (А1)	400	3,5·1024	0,9	0,95
5.22	р	4,2 (Та)	410	3,8·1024	1,2	0,95
5.23	р	4,75 (Аu)	420	7,2·1025	0,6	0,9
5.24	n	5,3 (Pt)	430	4,6·1024	0,7	0,9

Задание к вопросу о методе формирования полупроводниковой структуры

1. Методы получения моно кристаллических подложек.

2. Механизмы роста пленок на подложках.

3. Механизмы удаления поверхностных загрязнений подложек.

4. Кинетика химического травления кремния.

5. Методы и механизмы геттерирования собственных и примесных дефектов в полупроводниковых подложках.

1.6. МДП-структура

В МДП-транзисторе с кремниевым затвором рассчитать и построить зависимость порогового напряжения как функции концентрации доноров N_d в подложке из кремния п-типа проводимости. Диэлектрик - SiO₂ . Считать МДП-структуру идеальной.

Основываясь на данных расчета, построить энергетическую диаграмму МДП-структуры в режиме сильной инверсии при N_di, см ^-3.

Рассчитать величину дифференциальной емкости МДП-структуры в данном транзисторе в режимах сильной инверсии и обогащения.

Численные значения исходных данных, необходимых для выполнения задания по вариантам 6.1-6.5, представлены в табл. 6.

Таблица 6

Варианты индивидуальных заданий

№ варианта	Тип затвора	Толщина окисла, нм	T, К	Nd, см-3	Ndi, см-3
6.1	р+	80	200	1013 -1017	1,5·1016
6.2	n+	90	210	1013 -1017	2·1016
6.3	р+	100	220	1013-1017	3·1016
6.4	n+	110	230	1013-1017	4·1016
6.5	р+	120	240	1013-1017	5·1016
6.6	n+	40	250	1013 -1017	1,8·1016
6.7	р+	50	260	1013 -1017	2,5·1016
6.8	n+	60	270	1013-1017	3,5·1016
6.9	р+	70	280	1013-1017	4,5·1016
6.10	n+	130	290	1013-1017	5,5·1016
6.11	р+	140	300	1013-1017	4,8·1016
6.12	n+	150	310	1013-1017	5,3·1016

Задание к вопросу о методе формирования полупроводниковой структуры

1. Технология изготовления МОП-транзистора с каналом р-типа.

2. Технология изготовления комплементарных МОП-транзисторов.

3. Конструктивно-технологические методы управления зарядом в

подзатворном диэлектрике МДП-структуры.

6.4. МНОП-технология в производстве МДП-транзисторов.

6.5. Технология изготовления МОП-транзистора с кремниевым затвором.

1.7. МДП-структура

В МДП-транзисторе с кремниевым затвором рассчитать и построить зависимость порогового напряжения как функции концентрации акцепторов N_a в подложке из кремния р-типа проводимости. Диэлектрик - SiO₂. Считать МДП-структуру идеальной.

Основываясь на данных расчета, построить энергетическую диаграмму МДП-структуры в режиме сильной инверсии при N_ai, см ^-3.

Рассчитать величину дифференциальной емкости МДП-структуры в данном транзисторе в режимах сильной инверсии и обогащения.

Численные значения исходных данных, необходимых для выполнения задания по вариантам 7.1-7.5, представлены в табл. 7.

Таблица 7

№ варианта	Тип затвора	Толщина окисла, нм	T, К	Na, см -3	Nai , см -3
7.13	n+	100	250	1013 -1017	1,5·1016
7.14	р+	120	270	1013 -1017	2·1016
7.15	n+	140	290	1013 -1017	3·1016
7.16	р+	160	320	1013 -1017	4·1016
7.17	n+	180	340	1013 -1017	5·1016
7.18	р+	40	200	1013 -1017	1,8·1016
7.19	n+	50	210	1013 -1017	2,5·1016
7.20	р+	60	220	1013 -1017	3,5·1016
7.21	n+	70	230	1013 -1017	4,5·1016
7.22	р+	90	240	1013 -1017	5,5·1016
7.23	n+	130	260	1013 -1017	4,8·1016
7.24	р+	150	280	1013 -1017	5,3·1016

Задание к вопросу о методе формирования полупроводниковой структуры

7.1. Применение метода ионной имплантации в технологии МОП- транзисторов.

7.2. Метод изготовления МОП-транзистора с использованием структур "кремний на сапфире" (КНС).

7.3. Метод изготовления МДП-транзисторов с использованием D-МОП-структур.

7.4. Метод изготовления МДП-транзисторов с использованием V-МОП-структур.

7.5. Технологический контроль в производстве МДП-транзисторов методом вольт-фарадных характеристик.

Приложение 2

Cвойства кремния, германия и двуокиси кремния (при Т=300к)

Параметр	Обозначение	Si	Ge	SiO2
Ширина запрещенной зоны при 300К, эВ при 0К, эВ	Eg	1,124 1,170	0,67 0,744	~8–9
Относительная диэлектрическая проницаемость	ε	11,7	16,0	3,9
Собственная концентрация носителей заряда, см-3	ni	1,45⋅1010	2,4⋅1013
Эффективная плотность состояний, см-3 в зоне проводимости в валентной зоне	Nc Nv	2,8⋅1019 1,04⋅1019	1,04⋅1019 6,04⋅1018
Электрическое поле при пробое, В/см	ξm	3⋅105	8⋅104	(6-9)⋅106
Эффективная масса электронов дырок		1,08 0,81	0,55 0,3
Сродство к электрону, эВ	χ	4,05	4	1,0
Коэффициент диффузии, см2/с для электронов дырок	Dn Dp	34,6 12,3	99 47
Эффективная постоянная Ричардсона в теории термоэлектронной эмиссии для кремния и германия, А⋅cм-2К-2 n-типа р-типа	А*	2,2⋅А 0,66⋅А	1,11⋅А 0,34⋅А
А=120А⋅cм-2К-2 – постоянная Ричардсона для свободных электронов

32