【正文】 不明顯地受氧化層 厚度 或硅中 雜質(zhì)類型 及濃度 的影響。 （ 4）電荷與氧化和退火條件，以及硅晶體的 取向 有 很顯著的關(guān)系。 在 SiSiO2系統(tǒng)中，除了移動(dòng)電荷外，還發(fā)現(xiàn)大 量的正電荷。并且具有一些 特征 ： 一般認(rèn)為，是硅和二氧化硅界面附近存在 過(guò)剩 的硅離子 是固定表面正電荷產(chǎn)生的原因。 帶 正電 的固定表面電荷，使得 MOS的 CV曲線發(fā) 生變化，引起半導(dǎo)體表面層中的能帶 向下彎曲 。 所以， 要恢復(fù)平帶狀態(tài)，必須在金屬和半導(dǎo)體之 間加上一個(gè) 負(fù)向電壓 ，即平帶電壓沿電壓軸向負(fù) 方向移動(dòng)一個(gè)距離。平帶電壓為： 0fcFBQVC??0fcF B m sQVVC? ? ?考慮金半之間功函數(shù)的差別： d0≈20nm (fixed charge) 把 0 0 0 0/rCd???代入上式可得： 000()rf c F B m sQ V Vd??? ? ?從理想 CV曲線中得到 CFB/C0， 在從實(shí)驗(yàn)測(cè)得的 MOS結(jié)構(gòu)的 CV特性曲線上找到 VFB ，利用 上式可求出 固定表面電荷密度 。 00()fc rofc F B m sQN V Vq qd??? ? ? ?在實(shí)驗(yàn)中必須先經(jīng)過(guò) BT實(shí)驗(yàn)去除移動(dòng)電荷的影響 Note: 正負(fù)號(hào) 界面態(tài) Dit ? 存在于 SiSiO2界面離 Si表面 35埃的厚度內(nèi)。 ? 分為施主界面態(tài)和受主界面態(tài)。 一般指的是 SiSiO2界面處而能值位于硅禁帶中 的一些分立的或連續(xù)的電子能態(tài)（能級(jí)） － 快 界面態(tài) （有別于外表面態(tài) － 穿過(guò)介質(zhì)層的慢態(tài) , 外表面態(tài)位于金屬和 SiO2之間，和半導(dǎo)體交換 電荷時(shí)，必須穿過(guò)氧化層。） 被電子占據(jù)為電中型，發(fā)出電子為正電性－ 施主 能級(jí)空著為電中性，接受電子后是負(fù)電－ 受主 起源： 理想表面態(tài)密度為 1015cm2 ，但因?yàn)楣璞砻娓? 著了氧化物薄膜后，硅表面大部分的懸掛鍵被氧所飽 和，故硅－二氧化硅的界面態(tài)密度低幾個(gè)數(shù)量級(jí)；其 次，硅的（ 111）晶面比（ 110）和（ 100）面大，故做 MOS結(jié)構(gòu)時(shí)一般選 【 100】 晶向硅單晶。 此外，硅表面的晶格缺陷和損傷以及界面處的 雜質(zhì)也可引入界面態(tài)。 一般可通過(guò) 后退火處理， 能有效地減小界面態(tài) 密度。如含 H氣氛中退火（ 400～ 500℃ ），使 得 界面形成 HSi鍵，減小態(tài)密度。 陷阱電荷 在 SiSiO2界面處附近，會(huì)有一些載流子的陷阱， 由于 輻照 的原因，使得在 SiO2中產(chǎn)生一些電子空 穴對(duì)，電子在外加電場(chǎng)作用下，被掃向柵結(jié)，而 空穴難以移動(dòng)會(huì)被 陷阱俘獲 ，形成正的空間電荷。 但輻照感應(yīng)產(chǎn)生的空間電荷可以通過(guò) 300℃ 以上 退火消除。 所以，后處理對(duì) MOSFET的性能的穩(wěn)定是 非常重要 的。 167。 表 面 電 導(dǎo) 及 遷 移 率 特點(diǎn)： 表面電導(dǎo)的大小應(yīng)取決于表面層內(nèi)載 流子的數(shù)量及其遷移率。 載流子數(shù)量及遷移率越大，表面電導(dǎo) 也越大。 半導(dǎo)體的表面電導(dǎo)也隨周圍環(huán)境變化。 應(yīng)用： 垂直于表面方向的電場(chǎng)形成的表面勢(shì) 可控制表面電導(dǎo)－－ MOS場(chǎng)效應(yīng)管 。 ? ?npqpnnps ???????00 ???附加電導(dǎo)在表面層內(nèi)引起的薄層和? ? ? ? ? ?000s s p nV q p n? ? ? ?? ? ? ? ?半 導(dǎo) 體 表 面 層 中 總 的 薄 層 表 面 電 導(dǎo)由于表面電場(chǎng)的作用，在半導(dǎo)體表面層引起的 附加空穴和電子數(shù)（ △ p 、 △ n ），其值由表 面勢(shì) VS 等決定。 多子積累時(shí)電導(dǎo)增加；當(dāng)表面勢(shì)變化時(shí)表面處于 耗盡狀態(tài)，表面電導(dǎo)較小。如在平帶時(shí)的表面電 導(dǎo)為 ? ?0? 所以： 2. 表面載流子的有效遷移率 載流子的 有效遷移率 是指其在表面層中的平均遷移率 。 由表面層電子貢獻(xiàn)的表面電導(dǎo)應(yīng)為： ( ) ( ) ( )nx q n x x???設(shè)在離表面距離為 x處電子的 濃度 和 遷移率分別為 及 ，則該處的電導(dǎo)率為 ()nx ()n x?( ) ( )nq n x x dx??對(duì)整個(gè)表面積分 表明 在表面存在表面存在與晶格散射相類似的散射機(jī)構(gòu)。 ( ) ( )nnsnq n x x d xQ?? ??上式除以表面層內(nèi)電子形成的單位面積電荷 Qn的絕對(duì)值，則得電子的 有效遷移率 為 此外還發(fā)現(xiàn)，有效遷移率還于 溫度 有關(guān)， 主要由于： 在 較高的溫度下，反型層中電子和空穴的有效遷移率與溫度有 的關(guān)系。 3/ 2T?表面電場(chǎng)效應(yīng) 小 結(jié) 表面勢(shì)及空間電荷區(qū)內(nèi)電荷的分布情況隨金屬與半 導(dǎo)體間所加電壓 GV 而變化。 可歸納為多子 積累 ， 耗盡 ， 反型 ， 深耗盡 四種情況，以下以 n型 半導(dǎo)體為例。 （ 1） 積累狀態(tài) :金屬與半導(dǎo)體間加正電壓，表面 勢(shì) Vs為正值，表面處能帶向下彎曲，表面多子－ 電子濃度增加，這樣表面層內(nèi)出現(xiàn) 電子 堆積。 （ 2） 耗盡狀態(tài) :金屬與半導(dǎo)體間加不太高的負(fù)電 壓，表面勢(shì) Vs為負(fù)值，表面處能帶向上彎曲，越 接近表面， Ec離 EF越遠(yuǎn)，導(dǎo)帶中電子濃度越低 ，表面多子耗盡，正電荷濃度近似為電離施主濃 度。 （ 3） 反型狀態(tài) : 金屬和半導(dǎo)體間加負(fù)電壓 ,且V0，表面能帶向上彎曲，表面處 EF低于 Ei，空穴濃度超過(guò)電子濃度，表面導(dǎo)電類型與體內(nèi)相反叫 反型層 。反型層發(fā)生在近表面處，從反型層到半導(dǎo)體內(nèi)部還夾著一層 耗盡層 。半導(dǎo)體空間電荷層內(nèi)的正電荷由兩部分組成，一部分是耗盡層中已電離的施主正電荷，一部分是反型層中的空穴。 ???????DiB NnqTkV ln0平帶狀態(tài) : 理想 MIS結(jié)構(gòu)，當(dāng) VG=0時(shí)， Vs=0，表 面能帶不彎曲， Qs=0， E=0。此時(shí)空間電荷區(qū)電 容稱為平帶電容，用 CFBS表示： DrFBS LC02 ???強(qiáng)反型條件 ： 2sBVV表面耗盡層寬度達(dá)到極大值： 11 20 0 02244( ) l n ( )r s B r s DdmD D iV k T NXq N q N n? ? ? ????? ????Ec Ev Ei EF (a) 多子堆積 Ec Ev Ei EF (b) 多子耗盡 ?x ?? ?x x x (a) 反型 (b) 深耗盡 由 n型 半導(dǎo)體構(gòu)成的理想 MIS結(jié)構(gòu)在各種 VG下的表面勢(shì)和電荷分布 Ec Ec EF Ei Ev Ev EF Ei 注意區(qū)別 MIS結(jié)構(gòu)的 CV特性 Vg= Vo+ Vs 加在 MIS結(jié)構(gòu)金屬板上的電壓 Vg降在絕緣層和半導(dǎo)體表面層中，即 : MIS結(jié)構(gòu)的等效電容 C滿足 : sCCC1110??非理想情況下，考慮功函數(shù)差和絕緣層電荷 的存在，則 Vg=0時(shí)，表面能帶發(fā)生彎曲 。 為了恢復(fù)平帶需要在金屬板上加的電壓稱為平 帶電壓，常用 VFB表示 qWWV msms??其中： 第二項(xiàng) 是絕緣層中電荷引入的平帶電壓。一般而 言，絕緣層中存在正電荷，它引入負(fù)的平帶電壓 00001 ( )dF B m sxxV V d xCd?? ? ? ? 試計(jì)算 下列情況的平帶電壓的變化： （ 1）氧化層中均勻分布著正電荷 （ 2）三角形電荷分布，金屬附近高，硅附近為零 （ 3）三角形電荷分布，硅附近高，金屬附近為零 解：絕緣層內(nèi)電荷引起的平帶電壓 ? ?00 0 0 000( ) 1i i id d d dF B F B iiixxxxV d V E x d x d x dxCd????? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?（ 1）電荷均勻分布 20 0 000 0 001 2 2 1 90001221 0 1 . 6 1 04 . 6iiddiFBiiiriFBxd xV d xC d C d CQ d c m CCdVV? ? ??????? ? ? ? ? ?? ? ? ?????0 0 000200000()( ) ( )()6i i iid d dFB FB iiiidiFB ii i ixxV d V E x d x d xx d xddV d x x d xd???????? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ?? ? ??由圖可知：所以＝（ 2）三角形電荷分布，金屬附近高，硅附近 為零 x ρ 0 1 2 2 1 9001( ) 1 0 1 . 6 1 02idsiQ x d x d c m C????? ? ? ? ??03 . 0 93sF B iiQVd??? ? ? ? ?因?yàn)椋? 所以： （ 3）三角形電荷分布，硅附近高，金屬附近為零 0 0 000230 0 000 0 00()()33i i iiid d dF B F B iiiddiFBi i i i i ixxV d V E x d x d xxxddxV x d xd d d?????? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ??由圖可知：所以＝x ρ 0 1 2 2 1 9001( ) 1 0 1 . 6 1 02idsiQ x d x d c m C????? ? ? ? ??06 . 23ssF B iieNV d V??? ? ? ? ?因?yàn)椋? 所以： 本章習(xí)題： page 278 7 2022121 By Dr. Jun Zhu Time limited, but searching in whole life! Wish you success