2.5. Структура металл-диэлектрик-полупроводник

2.5.1. Структуру металл-диэлектрик-полупроводник можно рассматривать как конденсатор. Общую дифференциальную емкость МДП-структуры можно представить как последовательное соединение емкости диэлектрика C_d и переменной емкости C_n пространственного заряда у поверхности полупроводника

(32)

Емкость пространственного заряда C_п зависит от величины поверхностного потенциала _s и плотности заряда Q_s в приповерхностной области полупроводника C_n=dQ_s/d_s. Для идеальной МДП-структуры, не учитывающей наличие поверхностных состояний и предполагающей, что сопротивление диэлектрика является бесконечным, заряд Q_s можно выразить формулой

(33)

где – дебаевская длина, N – концентрация основных носителей заряда в полупроводнике.

Условие (±) перед этим выражением означает, что при _s >0 следует воспользоваться знаком (+), а при _s <0 – знаком (–).

Таким образом, емкость пространственного заряда

(34)

где

2.5.2. Для получения зависимости между приложенным к МДП-структуре напряжением U и общей емкостью C необходимо также знать зависимость между _s и U:

U=U_D+_s +U_ПЗ. (35)

В (31) приняты следующие обозначения: U_D – падение напряжения на диэлектрике; U_ПЗ – напряжение плоских зон.

Падение напряжения на диэлектрике определяется выражением

(36)

С учетом разности работ выхода электрона из металла и полупроводника _МП, а также при наличии поверхностных состояний Q_ss напряжение плоских зон определится как

(37)

2.5.3. Максимальная толщина обедненного слоя в приповерхностной области МДП-структуры в режиме сильной инверсии определяется

(38)

где N=N_а или N_d в зависимости от типа проводимости полупроводника:

 _sinv =2_b . (39)

Для МДП-транзисторов с изолированным затвором важной величиной является напряжение включения или пороговое напряжение U_пор, при котором начинается сильная инверсия:

(40)

В выражениях (39), (40) _b =_T ln(N/n_i) – объемный потенциал. Соответствующе U_пор значение дифференциальной емкости идеальной МДП-структуры равно

(41)

где d – толщина диэлектрического слоя; ε_D – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

3. Состав индивидуального задания

Объектом ИЗ являются полупроводниковые структуры: металл-диэлектрик-полупроводник, p-n - переход, контакт металл-полупроводник. Таким образом, в ИЗ должны быть рассмотрены физические процессы в полупроводниковой структуре и выполнен расчет ее электрофизических характеристик.

Задание, как правило, должно содержать:

– наименование темы ИЗ;

– вид полупроводниковой структуры; – исходные данные для выполнения расчетов электрофизических характеристик;

– перечень решаемых при выполнении ИЗ вопросов.

Варианты заданий приведены в прил. 1.

Выполненное ИЗ оформляется в виде пояснительной записки, которая должна содержать:

– титульный лист;

– содержание;

– введение;

– основную часть;

– заключение;

– список использованных источников.

Некоторые данные о свойствах германия, кремния и двуокиси кремния, необходимые для проведения расчетов, приведены в прил. 2.