半导体表面和MIS结构的具体研究

半导体表面和MIS结构的具体研究1、表面电场效应

2、理想与非理想MIS结构的C-V特性

3、Si-SiO2系统的性质4、表面电导

重点:半导体表面和MIS结构的具体研究§8.1表面态一、表面态悬挂键、晶格缺陷、吸附分子硅表面STM扫描图象半导体表面和MIS结构的具体研究二、半导体的表面结构1>清洁表面（LEED、STM、UPS）2>真实表面3>介质-半导体系统半导体表面和MIS结构的具体研究§8.2表面电场效应MIS结构理想MIS结构：（1）Wm=Ws；（2）绝缘层内无电荷,且绝缘层不导电；（3）绝缘层与半导体界面处不存在界面态。

半导体表面和MIS结构的具体研究一、Si-SiO2系统的性质

（CharacteristicsofSi-SiO2System）半导体表面和MIS结构的具体研究1、可动离子特点:

半径较小，带正电，具有热激活的特点。如：Na+、K+、H+2、固定电荷位于距Si-SiO2界面约30埃以内，主要是Si-SiO界面附近的过剩Si+。氧化温度越低，固定正电荷密度越大高温退火可降低固定正电荷密度固定正电荷密度按晶体取向不同而不同(111)>(110)>(100)半导体表面和MIS结构的具体研究3、界面态存在于Si-SiO2界面离Si表面3-5埃内。分为施主界面态和受主界面态。4、陷阱电荷特点：通常不带电。半导体表面和MIS结构的具体研究dx0+VG二、空间电荷层及表面势VG=0时,理想MIS结构的能带图

如果VG>0:

Ev1Ec1EiEvEcEFsEFm半导体表面和MIS结构的具体研究半导体表面和MIS结构的具体研究半导体表面和MIS结构的具体研究（1）表面电场分布Es三、表面空间电荷层的电场、电势和电容半导体表面和MIS结构的具体研究半导体表面和MIS结构的具体研究半导体表面和MIS结构的具体研究（2）表面电荷分布Qs半导体表面和MIS结构的具体研究（3）表面电容Cs半导体表面和MIS结构的具体研究讨论：半导体表面和MIS结构的具体研究1、多子积累

QsQmx特征：

1）能带向上弯曲并接近EF；2）多子（空穴）在半导体表面积累，越接近半导体表面多子浓度越高。∴Vs<0,Qs>0半导体表面和MIS结构的具体研究半导体表面和MIS结构的具体研究2、平带状态

特征：半导体表面能带平直。VG=0EFmEFsEcEvEiVs=0半导体表面和MIS结构的具体研究CFB半导体表面和MIS结构的具体研究特征：1）表面能带向下弯曲；EFmEFsEcEvEiVG≥0QmQsx2）表面上的多子浓度比体内少得多，基本上耗尽，表面带负电。3、多数载流子耗尽状态半导体表面和MIS结构的具体研究Vs>0半导体表面和MIS结构的具体研究4、少数载流子反型状态

特征：1）Ei与EF在表面处相交（此处为本征）；2）表面区的少子数>多子数——表面反型；3）反型层和半导体内部之间还夹着一层耗尽层。半导体表面和MIS结构的具体研究起初，因电子浓度较小，表面处于一弱反型的状态，当能带持续弯曲，使得导带的边缘接近费米能级。当靠近界面的电子浓度等于衬底的掺杂量时，开始产生强反型。在此之后，大部分在半导体中额外的负电荷是由电子在很窄的n型反型层(0≤x≤xi)中产生的电荷Qn所组成，其中xi为反型层的宽度。xi典型值的范围从1nm~10nm，且通常远小于表面耗尽区的宽度。半导体表面和MIS结构的具体研究半导体表面和MIS结构的具体研究---使半导体表面达到强反型时加在金属电极

上的栅电压就是开启电压.开启电压VT：半导体表面和MIS结构的具体研究临界强反型时：半导体表面和MIS结构的具体研究强反型后：Vs>>VB

，且qVs>>k0T半导体表面和MIS结构的具体研究表面电场效应平带表面反型VG=0VG≥0VG<0表面积累表面耗尽半导体表面和MIS结构的具体研究Vs/Qs/p型半导体n型半导体半导体表面和MIS结构的具体研究根据以上的讨论，以下各区间的表面电势可以区分为：

Vs<0：空穴积累(能带向上弯曲)；

Vs=0：平带情况；

VB>Vs>0：空穴耗尽(能带向下弯曲)；

Vs=VB：禁带中心，即ns＝np＝ni

(本征浓度)；

Vs>VB：反型(能带向下弯曲超过费米能级)．半导体表面和MIS结构的具体研究积累耗尽反型半导体表面和MIS结构的具体研究一、理想MIS结构的电容效应CsCi等效电路MIS结构§8.3MIS结构的C-V特性

Capacitance-voltageCharacteristicsofMISStructureVG=Vs+Vi半导体表面和MIS结构的具体研究二、理想MIS电容器的C-V特性

半导体表面和MIS结构的具体研究1、VG<0(多子积累)：（1）当|Vs|较大时，有CCi半导体从内部到表面可视为导通状态；C/Ci（2）当|Vs|较小时，有C/Ci<1。半导体表面和MIS结构的具体研究2、VG=0（平带状态)di

绝缘层厚度特征：归一化电容与衬底掺杂浓度NA和绝缘层厚度di有关。

C/Ci

若di一定，NA越大，表面空间电荷层变薄，CFB/Ci增大；NA一定，di越大，Ci愈小，CFB/Ci增大；根据上式，利用C-V曲线可得到di和NA（或ND)。半导体表面和MIS结构的具体研究3、VG>0(耗尽状态)半导体表面和MIS结构的具体研究4、VG>=VT

（强反型）A、低频时

半导体表面和MIS结构的具体研究B、高频时半导体表面和MIS结构的具体研究结论：（1）半导体材料及绝缘层材料一定时，C-V特性将随di及NA而变化；（2）C-V特性与频率有关半导体表面和MIS结构的具体研究三、实际MIS结构的C－V特性1、金属与半导体功函数差Wms对MIS结构C-V特性的影响半导体表面和MIS结构的具体研究平带电压接触电势差Vms：因功函数不同而产生的电势差。——为了恢复半导体表面平带状态，需外加一电压。此处VFB为负。半导体表面和MIS结构的具体研究当