半導(dǎo)體mis結(jié)構(gòu)ppt

1、半導(dǎo)體表面半導(dǎo)體表面態(tài)態(tài)與與表面電場(chǎng)效應(yīng)表面電場(chǎng)效應(yīng)賈鵬飛表面態(tài) 表面處晶體的周期場(chǎng)中斷； 表面往往易受到損傷、氧化和沾污，從而影響器件的穩(wěn)定性； 表面往往要特殊保護(hù)措施，如鈍化 表面是器件制備的基礎(chǔ)，如MOSFET等達(dá)姆在達(dá)姆在19321932年用量子力學(xué)嚴(yán)格證明，晶體的自年用量子力學(xué)嚴(yán)格證明，晶體的自由表面的存在，使得周期性勢(shì)場(chǎng)在表面處發(fā)生由表面的存在，使得周期性勢(shì)場(chǎng)在表面處發(fā)生中斷，引起附加能級(jí)，電子被局域在表面附近，中斷，引起附加能級(jí)，電子被局域在表面附近，這種電子狀態(tài)稱為表面態(tài)，所對(duì)應(yīng)的能級(jí)為表這種電子狀態(tài)稱為表面態(tài)，所對(duì)應(yīng)的能級(jí)為表面能級(jí)。每個(gè)表面原子對(duì)應(yīng)一個(gè)能級(jí)，組成表面能級(jí)。每

2、個(gè)表面原子對(duì)應(yīng)一個(gè)能級(jí)，組成表面能帶。面能帶。表面態(tài)定義表面態(tài)定義理想一維晶體表面態(tài)220202220(0)2( )(0)2dVExm dxdV xExm dxxV(x)V0E0a()( )V x aV xE0時(shí)，金屬金屬絕緣層絕緣層半導(dǎo)體半導(dǎo)體歐姆接觸歐姆接觸ECEVEFQmQsMISMIS結(jié)構(gòu)實(shí)際是一個(gè)電容結(jié)構(gòu)實(shí)際是一個(gè)電容MIS+0d加電壓加電壓后，金屬和半導(dǎo)體兩個(gè)面內(nèi)要充電后，金屬和半導(dǎo)體兩個(gè)面內(nèi)要充電( (Q Qm m=-=-Q Qs s) ) 金屬中，自由電子密度高，電荷分布在一金屬中，自由電子密度高，電荷分布在一個(gè)原子層的厚度范圍之內(nèi)個(gè)原子層的厚度范圍之內(nèi)半導(dǎo)體中，自由載流子密度

3、低，對(duì)應(yīng)半導(dǎo)體中，自由載流子密度低，對(duì)應(yīng)Q Qs s的電荷的電荷分布在一定厚度的表面層，這個(gè)帶電的表面層分布在一定厚度的表面層，這個(gè)帶電的表面層叫叫空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)VG0時(shí)，MIS結(jié)構(gòu)的能帶圖 空間電荷區(qū)能帶發(fā)生彎曲空間電荷區(qū)能帶發(fā)生彎曲-MIS+0dECEVEF0dqVS空間電荷區(qū)內(nèi)空間電荷區(qū)內(nèi)：1)1)空間電場(chǎng)逐漸減弱空間電場(chǎng)逐漸減弱2)2)電勢(shì)隨距離逐漸變化電勢(shì)隨距離逐漸變化 能帶彎曲能帶彎曲表面表面勢(shì)勢(shì)(Vs)：空間電荷區(qū)兩端的電勢(shì)：空間電荷區(qū)兩端的電勢(shì)差差表面電勢(shì)比內(nèi)部表面電勢(shì)比內(nèi)部高高，V VS S0;0;表面電勢(shì)表面電勢(shì)低于內(nèi)低于內(nèi)部，部，V VS S00電子能量增加電子能量

4、增加空穴能量增加空穴能量增加ECEVEF0dqVSQm Vs Qs 能帶彎曲能帶彎曲+ + - - - + 隨金屬和半導(dǎo)體間所加電壓VG（柵電壓柵電壓）的不同，空間電荷區(qū)內(nèi)電荷分布可歸納為以下幾種(以p型半導(dǎo)體為例)： 堆積 平帶 耗盡 少數(shù)反型金屬金屬絕緣層絕緣層半導(dǎo)體半導(dǎo)體歐姆接觸歐姆接觸1 1多數(shù)載流子堆積狀態(tài)多數(shù)載流子堆積狀態(tài) 金屬與半導(dǎo)體間加負(fù)電壓（金屬與半導(dǎo)體間加負(fù)電壓（金屬接負(fù)金屬接負(fù)）時(shí)，）時(shí)， 表面勢(shì)為負(fù)表面勢(shì)為負(fù)，表面處能帶上彎，如圖示。，表面處能帶上彎，如圖示。ECEVEFEiVG0MISE多子堆積多子堆積 熱平衡下，費(fèi)米能級(jí)應(yīng)保持定值。熱平衡下，費(fèi)米能級(jí)應(yīng)保持定值。 隨

5、著向表面接近，價(jià)帶頂逐漸移近甚至高過(guò)隨著向表面接近，價(jià)帶頂逐漸移近甚至高過(guò)費(fèi)米能級(jí)，價(jià)帶中空穴濃度隨之增加。費(fèi)米能級(jí)，價(jià)帶中空穴濃度隨之增加。表面層出現(xiàn)空穴堆積而帶正電荷。表面層出現(xiàn)空穴堆積而帶正電荷。越接近表面空穴濃度越高，越接近表面空穴濃度越高，堆積堆積的空穴分布的空穴分布在最靠近表面的薄層內(nèi)。在最靠近表面的薄層內(nèi)。ECEVEFEiVG0ECEVEiEF多子耗盡多子耗盡越近表面，費(fèi)米能級(jí)離價(jià)帶頂越遠(yuǎn)，價(jià)帶中越近表面，費(fèi)米能級(jí)離價(jià)帶頂越遠(yuǎn)，價(jià)帶中空穴濃度隨之降低?？昭舛入S之降低。表面處空穴濃度比體內(nèi)低得多，表面層的負(fù)表面處空穴濃度比體內(nèi)低得多，表面層的負(fù)電荷基本上等于電離受主雜質(zhì)濃度。電荷

6、基本上等于電離受主雜質(zhì)濃度。表面層的這種狀態(tài)稱做耗盡。表面層的這種狀態(tài)稱做耗盡。VG0ECEVEiEF多子耗盡多子耗盡4 4少子反型狀態(tài)少子反型狀態(tài) 金金/半半間的間的正電壓進(jìn)一步增大正電壓進(jìn)一步增大，表面處能帶進(jìn)，表面處能帶進(jìn) 一步向下彎曲。一步向下彎曲。 表面處表面處EF超過(guò)超過(guò)Ei，費(fèi)米能級(jí)離導(dǎo)帶底比離價(jià)，費(fèi)米能級(jí)離導(dǎo)帶底比離價(jià) 帶頂更近。帶頂更近。ECEVEiEF少子反型少子反型VG0 表面處電子濃度將超過(guò)空穴濃度表面處電子濃度將超過(guò)空穴濃度，形成與原，形成與原來(lái)半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型相反的層來(lái)半導(dǎo)體襯底導(dǎo)電類型相反的層-反型層反型層。 ECEVEiEF少子少子反型反型VG0 反型層發(fā)生在

7、近表面，從反型層到半導(dǎo)體內(nèi)部還反型層發(fā)生在近表面，從反型層到半導(dǎo)體內(nèi)部還夾夾 著一層耗盡層。著一層耗盡層。 此時(shí)半導(dǎo)體空間電荷層內(nèi)負(fù)電荷由兩部分組成，此時(shí)半導(dǎo)體空間電荷層內(nèi)負(fù)電荷由兩部分組成， 一是耗盡層中已電離的受主負(fù)電荷，一是耗盡層中已電離的受主負(fù)電荷， 一是反型層中的電子，后者主要堆積在一是反型層中的電子，后者主要堆積在近表面區(qū)近表面區(qū)。 ECEVEiEF少子反型少子反型VG0 通過(guò)解泊松方程通過(guò)解泊松方程定量地求出表面層中電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的定量地求出表面層中電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的分布，以分析表面空間電荷層的性質(zhì)。分布，以分析表面空間電荷層的性質(zhì)。 rs半導(dǎo)體相對(duì)介電常數(shù)，半導(dǎo)體相對(duì)介電常數(shù)，

8、(x)總空間電荷密度總空間電荷密度半導(dǎo)體內(nèi)部，電中性條件成立半導(dǎo)體內(nèi)部，電中性條件成立 (x)=0n np0p0: : 半導(dǎo)體體內(nèi)平衡電子濃度半導(dǎo)體體內(nèi)平衡電子濃度P Pp0p0: :半導(dǎo)體體內(nèi)平衡空穴濃度半導(dǎo)體體內(nèi)平衡空穴濃度根據(jù)上式經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)的變換推導(dǎo)就可以得出 和F函數(shù)就可以做出Cs和Vs圖像積累積累平帶平帶耗盡耗盡弱反型弱反型強(qiáng)反型強(qiáng)反型VS(V)00.4SQ10-510-9(c/cm2)-0.4這是以P型半導(dǎo)體為例做出的圖像通過(guò)它就能對(duì)MIS結(jié)構(gòu)的c-v特性進(jìn)行研究歸納：多子堆積多子堆積VG=0平帶狀態(tài)平帶狀態(tài)ECEVEFEiVG0ECEVEiEF多子耗盡多子耗盡ECEVEiEF少子反型少子反型VG0MIS的應(yīng)用MIS器件的功能主要決定于其中絕緣體層的厚度：（1）假若絕緣體層的厚度足夠大（對(duì)于絕緣體層是SiO2層的情況，大于5nm），則基本上不導(dǎo)電，這時(shí)即為MIS電容器；（2）假若絕緣體層的厚度足夠薄（對(duì)于絕緣體層是SiO2層的情況，大約為1nm），則絕緣體基本上不起阻擋導(dǎo)電的作用（阻抗極?。@時(shí)即為Schottky二極管；（3）假若絕緣體層的厚度不是很薄、也不是很厚（對(duì)于絕緣體層是SiO2層的情況，大約為1nm5nm），則這時(shí)載流子