Плотности поверхностного

Для измерения параметров полупроводниковых материалов, составляющих часть структуры металл — полупроводник, металл — диэлектрик — полупроводник (МДП-структура) HJ и р-п-перехода, широкое распространение получили вольт-фараднь е методы. С их помощью проводят измерения концентрации легирующих примесей, глубоких уровней и их характеристик, генерационного времени неравновесных носителей заряда, плотности поверхностных состояний и их распределения по энергиям.

В настоящее время в МДП-ИМС наибольшее распространение получили МДП-структуры с каналом р-типа. Преобладание таких структур над структурами с каналом n-типа обусловлено простотой управления поверхностными свойствами окисленного кремния в р-канальной технологии. Обычно в практических случаях изменение плотности поверхностных состояний, которое у р-канальных МДП-транзисторов вызывает изменение значения порогового напряжения, оказывается достаточным для перевода н-канального МДП-транзистора из режима обогащения в режим обеднения. Поэтому МДП-транзисторы с каналом р-типа характеризуются лучшей воспроизводимостью, что и определило их преимущественное использование для реализации МДП-ИМС.

б) принимают меры к увеличению плотности поверхностных состояний на границе раздела толстый оксид — подложка;

К такому же эффекту приводит скопление дислокаций на отдельных участках поверхности. При внедрении примесных атомов в кристаллическую решетку в ней возникают механические напряжения, вызванные различием атомных радиусов примесного элемента и полупроводника. Напряжения, обусловленные сжатием или растяжением решетки, могут оказаться достаточными для ее пластической деформации и генерации дислокаций. Плотность образующихся дислокаций тем больше, чем больше различие между атомными радиусами. Так, при диффузии бора в кремний, тетраэдрические ковалентные радиусы атомов которых равны гв = 0,089 нм и rsi = 0,117 нм соответственно, генерация дислокаций в поверхностном слое кремния начинается при плотности поверхностных атомов бора выше 5-Ю19 м~2. Следует иметь в виду, что плотность поверхностных атомов бора в кремнии при температуре ниже 1370 К составляет 3-Ю19 м~2, а при 1470 К-5-1020 м~2.

Важными достоинствами структуры ГМЕП-транзистора (по сравнению со структурой МЕП-транзистора на 5.1) являются меньшая плотность поверхностных состояний на границе арсенида галлия-алюминия с диэлектриком и большая высота барьера Шотки (фоэ» «1 В). Вследствие меньшей плотности поверхностных состояний уменьшаются отрицательный поверхностный заряд и толщина обедненных областей в промежутках исток — затвор, затвор — сток, что позволяет обеспечивать меньшие паразитные сопротивления этих областей, не используя дополнительные технологические операции селек-

излучения обусловлено.главным образом радиационными эффектами в диэлектрике затвора и на границе диэлектрик — полупроводник. Повышенная концентрация дефектов в переходном слое обусловлена различием в строении и в физических свойствах полупроводника и диэлектрика. Как видно из 6.13, соприкосновение двух веществ приводит к возникновению дефектов в виде оборванных и напряженных валентных связей в переходном слое. При воздействии радиации на структуру диэлектрик—полупроводник в ней наблюдается увеличение плотности поверхностных состояний и заряда в объеме диэлектрика. Процесс образования заряда в объеме диэлектрика определяется поглощенной до-зой ионизирующего излучения, значением и полярностью приложенного напряжения, концентрацией ловушек. В пленке двуокиси кремния, которая наиболее часто 250

где j ==•-- [Нп] по (1.43); /л* ==: \~Мп\ — плотности поверхностных микротоков, возбуждающих в каждой из элементарных ветвей магнитное поле с напряженностью М.

Для вывода формулы (6.25) обратимся к неполной микромодели магнитного поля по (6.3). Рассмотрим элемент объема магнитного поля в точке х, у, г в виде параллелепипеда с размерами AJ^ Ду, Дг и объемом ДУ ( П. 2). Найдем плотности поверхностных токов ]м на гранях этого параллелепипе-

Таким образом, толщина области объемного заряда зависит от плотности поверхностных состояний, от удельного сопротивления полупроводника или от концентрации примеси и составляет обычно 10~2—10 МКМ.

В связи с меньшей толщиной p-n-перехода у поверхности пробой диода будет происходить именно там, а пробивное напряжение окажется тем меньше, чем больше сужение перехода у поверхности (см. 3.25, кривая 3) . Таким образом, значение пробивного напряжения зависит в данном случае от плотности поверхностных состояний или от значения поверхностного заряда, создающего обогащенный слой у поверхности базы ( 3.28). По своей природе поверхностный пробой может быть лавинным, туннельным или тепловым.

Однако для разработки интегральных микросхем на основе арсенида галлия необходимо преодолеть еще ряд технологических трудностей: в частности, научиться наращивать на монокристаллы арсенида галлия диэлектрические слои, не создавая яри этом большой плотности поверхностных состояний. Именно поэтому до сих пор не удалось изготовить качественные МДП-транзисторы на арсениде галлия.

Исходя из описанных физических явлений, можно полагать, что характер процесса кавитации в текущей жидкости зависит от скорости потока, давления насыщенных паров и абсолютных уровней статических давлений в потоке до и после зоны кавитации. Однако более глубокие исследования показали, что во многих конкретных случаях возникновение и развитие кавитации, а также последствия могут в сильной степени зависеть и от ряда других факторов: времени пребывания частиц жидкости в зоне с пониженным давлением, температуры жидкости, ее плотности, поверхностного натяжения, вязкости, количества растворенного в ней газа, ее термодинамических свойств, режима течения потока (ламинарного или турбулентного) и т. д.

имеет высокую электрическую проводимость. Возникающий под воздействием напряжения значительный ток утечки распределяется неравномерно; в отдельных местах наблюдаются большие плотности тока. Вследствие этого пленка влаги на поверхности материала местами бурно испаряется, на таком участке происходит разрыв проводящей пленки с образованием мощной искры. После погасания искры вследствие перераспределения плотности поверхностного тока происходит быстрое испарение пленки влаги на другом участке, образование новой искры- и т. д. Создается впечатление, что на поверхности материала возникающие искры «перебегают» с места на место, чаще всего постепенно приближаясь к одному из электродов.

Инверсная область в приповерхностном слое полупроводника возникает при высокой плотности поверхностного заряда, по знаку совпадающего с основными носителями заряда ( 2.12, б). Кривая, соответствующая середине запрещенной зоны Si, в этом случае пересекает уровень Ферми и располагается выше его в полупроводнике n-типа и ниже — в полупроводнике р-типа. Расстояние от уровня Ферми до потолка валентной зоны в полупроводнике n-типа оказывается меньше расстояния до дна зоны проводимости. Вследствие этого концентрация неосновных для полупроводника n-типа носителей заряда — дырок в приповерхностном слое оказывается выше концентрации основных носителей заряда — электронов, и тип электропроводности в нем изменяется. В полупроводнике /э-типа расстояние от уровня SF до дна зоны проводимости оказывается меньше расстояния до потолка валентной зоны, вследствие чего концентрация неосновных носителей заряда — электронов в приповерхностном слое оказывается выше концентрации основных носителей заряда — дырок, и тип электропроводности в нем изменяется. Описанное явление называется инверсией, а слои, в которых оно имеет место,— инверсными.

•В зависимости от знака и плотности поверхностного заряда приповерхностный слой кремния может находиться в трех различных режимах: обогащения, обеднения или инверсии.

Следовательно, плотность поверхностного заряда может быть больше или меньше плотности заряда в объеме подложки или вызывать в приповерхностном слое противоположный по сравнению с объемом подложки тип электропроводности. Энергетические зонные диаграммы, а также графики распределения плотности поверхностного заряда и напряженности электрического поля для различных режимов работы МДП-транзистора с каналом р-типа приведены на 3.6. Энергетические зонные диаграммы

Распределение плотности поверхностного заряда

3.6. Энергетические зонные диаграммы и графики распределения плотности поверхностного заряда и напряженности электрического поля для различных режимов работы

где /so — ток насыщения диода Дз', т$ — параметр вольт-амперной характеристики диода Дз, зависящий от плотности поверхностного заряда на границе полупроводника и окисла, скорости поверхностной рекомбинации и периметра эмиттерного р — п перехода.

На границе двух сред касательная составляющая вектора напряженности магнитного поля претерпевает скачок, равный плотности поверхностного тока, протекающего по границе. Если т]°в=0, т. е. по граничной поверхности ток не протекает, то Я1т =Я2т , т.е. касательная состав-

плитуда плотности поверхностного тока на противоположных стенках волновода одинаковая, то можно подсчитать потери в одной стенке, а затем полученный результат удвоить. Выделим на стенке волновода, совпадающей с плоскостью хог ( 14-19), полоску шириной dx. Амплитуда поверхностного тока, протекающего по такой полоске, Tt\mdx=

На границе двух сред касательная составляющая вектора напряженности магнитного поля претерпевает скачок, равный плотности поверхностного тока, протекающего по границе.'Если г\ = 0, т. е. по граничной поверх-0 ности ток не протекает, то