Поверхностные явления в полупроводниках

Поверхностные электронные состояния

Электропараметры полупроводниковых приборов, их стабильность во времени при изменении температуры в значительной степени определяются процессами на поверхности полупроводника и в окисле, который всегда присутствует на поверхности реальных приборов. Основная классификация поверхностных состояний (рис. 1.22) следующая:

  • 1. поверхностные состояния на границе раздела, которые определяются как энергетические уровни в запрещенной зоне полупроводника на границе раздела изолятор (окисел)- полупроводник, способные обмениваться зарядом с полупроводников в течение сравнительно короткого времени;
  • 2. фиксированные поверхностные заряды, которые локализуются вблизи поверхности полупроводника (около 200 ангстрем) и не способные перемещаться под действием электрического поля;
  • 3. подвижные ионы, например, ионы натрия, способные перемещаться в изоляторе под действием термообработки;
  • 4. ионизируемые ловушки, которые могут возникать, например, при облучении рентгеновскими или гамма-лучами.

Поверхностные состояния возникают в запрещенной зоне вследствие нарушения периодичности кристаллической структуры на поверхности полупроводника. Возникающие оборванные валентные связи атомов полупроводника

при определенных условиях могут вести себя подобно донорам, если они отдают несвязанный электрон, или подобно акцепторам, если они присоединяют к себе лишний электрон. Поэтому поверхность полупроводника становится обогащенной или электронами или дырками. Сопротивление приповерхностной области становится меньше объемного сопротивления. Если изменение концентрации НЗ вблизи поверхности настолько велико, что изменяется тип проводимости полупроводника, то такой слой называется каналом.

Рис Л .22.Основная классификация состояний и зарядов в окисле и на границе окисел-полупроводник:

X - поверхностные состояния;

Ш -фиксированный поверхностей заряд;

Гуд+- подвижные ионы;

"Ь - ионизированные ловушки.

Влияние остальных поверхностных явлений сводится к образованию зарядов в окисле. Действие этих зарядов проявляется особенно сильно в условиях внешнего электрического поля. Такой случай имеет место, например, в полупроводниковых приборах на основе структур металл диэлектрик - полупроводник. В этом случае действие зарядов проявляется в том, что они экранируют внешнее электрическое поле, управляющее прибором, и он может стать неуправляемым. Кроме этого действие поверхностных зарядов также может привести к изменению поверхностной проводимости, так как он может в зависимости от знака или притягивать НЗ из глубины полупроводника или отталкивать их вглубь.

Основными технологическими методами снижения влияния поверхностных явлений служат:

  • 1. пассивация окисла дополнительными элементами (например, фосфором) с целью нейтрализации зарядов в окисле;
  • 2. использование изоляторов, в которых затруднен дрейф ионов, например, нитрида кремния;
  • 3. повышение чистоты изготовления, с целью снижения концентрации примесей в окисле;
  • 4. использование высокотемпературных отжигов, позволяющих существенно снизить плотность поверхностных зарядов.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >