復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V

第六章MOS電容硅表面的懸掛鍵表面束縛電子態(tài)界面態(tài)理想MOS電容理想MOS電容中表面電荷和表面勢的關(guān)系表面電荷主要來源的轉(zhuǎn)化小信號理想MOS電容的C-V特性實際MOS電容中有許多其他電荷小信號實際MOS電容的C-V特性從實際MOS電容的C-V特性可以得到的信息復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!半導體器件的基本結(jié)構(gòu)－金屬/氧化層/半導體結(jié)構(gòu)的電容～電壓關(guān)系復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!硅片表面的懸掛鍵硅單晶體內(nèi)部一個原子是以共價鍵形式和周圍四個原子結(jié)合起來的。在表面，硅原子的排列中斷，表面的原子就有一部分未成鍵的電子。這種未成鍵的電子的面密度約1015/cm2。這些未成鍵的電子和體內(nèi)成鍵的電子所處的狀態(tài)不同，是局域束縛電子。復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!表面束縛電子態(tài)理論計算給出硅表面存在準連續(xù)的電子態(tài)；在禁帶中的局域能級呈現(xiàn)V型分布（和實驗結(jié)果得到的分布U型分布大體相同）；和價帶重疊的部分是施主態(tài)，其余能級是受主態(tài)。復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!理想MOS電容氧化層絕對絕緣；氧化層中沒有電荷；氧化層和硅的界面沒有界面態(tài)；金屬和硅沒有功函數(shù)差。復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!表面電荷主要來源的轉(zhuǎn)化積累平帶耗盡弱反型強反型復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!小信號理想MOS的C-V特性取決于：測試信號和偏置電壓的選擇：低頻、穩(wěn)態(tài)；高頻、穩(wěn)態(tài)；高頻、瞬態(tài)。復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!小信號實際MOS的C-V特性氧化層中電荷的存在和金屬-半導體功函數(shù)差引起C-V曲線平移。硅-二氧化硅界面附近的電荷影響最大，而金屬-二氧化硅界面附近的電荷幾乎沒有影響。硅-二氧化硅界面附近有正電荷或金屬的功函數(shù)比半導體小都會使曲線向負電壓方向平移，即平帶電壓為負值。硅-二氧化硅界面態(tài)會引起C-V曲線畸變?；兤揭茝?fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!MOSC-T如果我們在MOS電容上加一個階躍電壓，使MOS電容從A狀態(tài)突然變到B狀態(tài)，然后觀察由B狀態(tài)到C狀態(tài)過程中電容隨時間的變化規(guī)律就可以從中求出非平衡載流子的產(chǎn)生壽命。ACBABC復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!重點內(nèi)容表面電荷和表面勢的關(guān)系。小信號MOS電容的三種特性曲線是在什么情況下得到的。從MOS電容測試可以得到哪些信息。電荷在二氧化硅和金屬的界面附近對測試結(jié)果沒有影響而在半導體表面一側(cè)則影響最大(為什么？）復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!界面態(tài)從半導體器件的角度講，大量存在的是界面：金屬－半導體（肖特基結(jié)或歐姆結(jié)）單晶同質(zhì)PN結(jié)半導體－半導體孿晶界面異質(zhì)結(jié)介質(zhì)－半導體（二氧化硅-硅）（硅單晶的表面暴露在空氣中常溫下就會生長自然氧化層。）界面由于兩邊晶格結(jié)構(gòu)不同所以就有界面態(tài)，界面態(tài)密度和失配情況有關(guān)。復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!理想MOS電容表面電荷和表面勢的關(guān)系復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!平帶電壓、強反型電壓平帶電壓：由于金屬和硅單晶之間有功函數(shù)差，二氧化硅中和二氧化硅－硅界面有空間電荷，所以必須在金屬和硅襯底之間加一定的電壓抵消這些電荷的作用才能保持半導體表面能帶水平，這個電壓稱為平帶電壓。功函數(shù)差表面固定電荷,氧化層中電荷(x)強反型電壓：這時要使表面達到強反型需要加的電壓復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!實際MOS電容中有許多其他電荷復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!準靜態(tài)MOSC-V從準靜態(tài)MOSC-V也可以獲得界面態(tài)的信息。所謂準靜態(tài)就是偏置電壓變化非常緩慢，測試信號變化也非常慢，以至于任何時間界面態(tài)都處于穩(wěn)態(tài)?；儚?fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!從MOS電容測試可以獲得的信息一般可以測試：可動離子濃度(加偏壓、溫度測試C-V曲線漂移）；界面態(tài)密度（低頻穩(wěn)態(tài)和高頻穩(wěn)態(tài)C-V曲線）；產(chǎn)生壽命（高頻深耗盡到高頻穩(wěn)態(tài)的過渡過程）；氧化層厚度（氧化層電容）；襯底的導電類型和摻雜濃度（耗盡區(qū)穩(wěn)態(tài)高頻C-V）；其他影響因素；二氧化硅中的陷阱、外表面吸附離子、含磷二氧化硅極化、界面雜質(zhì)、輻射效應(yīng)…復(fù)旦大學(微電子)半導體器件第六章MOSC-V共17頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!習題示意畫出N型和P型半導體的高頻穩(wěn)態(tài)MOS電容特性曲線。P型半導體的MOS電容的二氧化硅中有可動正電荷，示