рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Влияние поверхности на работу полупроводниковых приборов

Работа сделанна в 2008 году

Влияние поверхности на работу полупроводниковых приборов - Курсовая Работа, раздел Физика, - 2008 год - Физика поверхности и микроэлектроника Влияние Поверхности На Работу Полупроводниковых Приборов. Состояние Поверхнос...

Влияние поверхности на работу полупроводниковых приборов. Состояние поверхности полупроводника и граница его раздела с другими веществами чрезвычайно важны как для самого процесса изготовления полупроводниковых приборов, так и для его последующей работы с необходимыми характеристиками.

Отрицательное влияние поверхностных явлений на работу диодов, транзисторов и фотоэлектри¬ческих приборов связано с существованием поверхност¬ной рекомбинации. Она вызывает снижение коэффици¬ента полезного действия солнечных фотоэлементов и дру¬гих фотопреобразователей, уменьшение коэффициента усиления транзисторов, увеличение обратных токов р–п переходов. Наличие поверхностной рекомбинации при¬водит также к снижению чувствительности полупроводниковых фотопреобразователей в коротковолновой обла¬сти спектра, когда свет поглощается в очень тонком при¬поверхностном слое полупроводника.

Выше уже гово¬рилось о возможности управления скоростью поверх¬ностной рекомбинации, Использование этой возможно¬сти часто позволяет устранить (полностью или частич¬но) перечисленные отрицательные факторы.

Надежность работы полупроводниковых приборов за¬висит и от величины и стабильности поверхностного по¬тенциала полупроводника, поскольку он определяет кон¬центрацию носителей заряда в приповерхностной обла¬сти. В свою очередь, поверхностный потенциал опреде¬ляется (при отсутствии внешнего электрического смеще¬ния) зарядом на поверхностных электронных состоя¬ниях (состояниях границы раздела) и зарядом, встроен¬ным или инжектированным в диэлектрик системы «ди¬электрик—полупроводник». Таким образом, необходимо как знать параметры этих электронных состояний и за¬ряды в диэлектриках, так и уметь управлять ими и ста¬билизировать их свойства в случае воздействий темпе¬ратур, полей и излучений.

Это очень сложная задача, еще до конца не решенная даже для «классической» системы Si - Si02. Если поверхность полупроводникового прибора не защитить от посторонних примесей, всегда имеющихся в атмосфере или в материале корпуса, то атомы таких примесей будут захватываться на уровни поверхност¬ных состояний, изменяя их заряд и другие характери¬стики. Это приведет к дрейфу поверхностного потенциа¬ла, появлению его пленарной неоднородности и в конечном итоге к дрейфу параметров прибора и его возмож¬ному выходу из строя.

Поэтому в технологии микро¬электроники всегда применяют защиту (пассивацию) поверхности полупроводниковых приборов и интеграль¬ных схем. Наилучшим для этой цели является слой Si02, который иногда дополнительно легируют примесями бо¬ра, фосфора или свинца. Однако даже защищенная диэлектрическим слоем поверхность не всегда остается стабильной.

Дело в том, что в диэлектрике, особенно в области его границы раз¬дела с полупроводником, могут быть расположены при¬месные включения и их комплексы с различными струк¬турными дефектами, часто имеющими электрический за¬ряд. Поэтому под действием электрических полей, всег¬да существующих в работающем приборе, возможно медленное перемещение этих примесей и дефектно-при¬месных комплексов, как в глубь диэлектрика, так и в область границы раздела с полупроводником.

Резуль¬тат известен: изменение степени и характера заполнения электронных состояний границы раздела и электриче¬ских полей в этой области, дрейф поверхностного Потен¬циала и связанных с ним характеристик, возникновение локальных утечек и пробоя диэлектрика. Поверхностные состояния влияют также на шумы полупроводниковых приборов, особенно в низкочастот¬ной области. Это и понятно: ведь носители заряда, захватываясь на поверхностные состояния и высвобож¬даясь с них, всегда будут вызывать некоторые флуктуа¬ции токов и зарядов в приборе.

Еще одним интересным аспектом влияния поверхно¬сти на работу полупроводниковых приборов является поверхностное прилипание (захват) носителей на по¬верхностные электронные состояния, обнаруженное в Институте полупроводников АН УССР еще в начале 70-х годов. Прилипание будет происходить, если сече¬ния захвата электрона и дырки существенно отличаются (в противном случае будет наблюдаться поверхностная рекомбинация). Центры прилипания обычно располо¬жены в запрещенной зоне полупроводника вблизи краев его разрешенных энергетических зон и поэтому называ¬ются мелкими центрами.

Показано, что их природа для кремния тесно связана со структурными дефектами при* поверхностной области полупроводника или границы между диэлектриком и полупроводников. Такие дефекты вводятся при механической обработке (резке, шли¬фовке и т. п.) кремниевых пластин, а также при окисле¬нии и других операциях под воздействием возникаю¬щих полей механических напряжений (связанных, на¬пример, с различными коэффициентами термического расширения для Si и Si02). Центры прилипания могут существенно изменять многие характеристики приборов: их быстродействие, величину фоточувствительности, термостабильность, ко¬эффициент усиления.

Выше уже было рассмотрено их влияние на фотопроводимость при обогащающих при» поверхностных изгибах зон. Здесь эффект прилипания играет положительную роль. Благодаря его влиянию можно также повысить коэффициент передачи фототран¬зисторов, создать элементы запоминания информации.

Однако все это сопровождается падением быстродейст¬вия приборов и повышением чувствительности их харак¬теристик к температуре, освещению и другим видам из¬лучений. Поэтому в каждом конкретном случае прихо¬дится выбирать: использовать эффект поверхностного прилипания или постараться от него избавиться. Даже для моноатомных полупроводников поверх¬ность является удобным «стоком» для примесей и де¬фектов.

Они скапливаются на ней, диффундируя как из полупроводника, так и из слоя диэлектрика. Например, уровень легирования полупроводника на поверхности, как правило, отличается от уровня легирования объема, Современные методы физического анализа позволяют изучать эти процессы и в определенной степени управ¬лять ими. 2.3 Элементы фото и электрической памяти. Оптоэлектронные приборы В предыдущих разделах мы в той или иной мере уже затрагивали вопросы о работе некоторых типов элемен¬тов памяти, фотоприемников и лазеров.

Общим момен¬том при этом являлось то, что во всех этих приборах активно используются электронные процессы на поверх¬ности, границах раздела, в тонких приповерхностных об¬ластях полупроводника и в пленках диэлектриков. Здесь мы кратко рассмотрим некоторые конкретные типы та¬ких приборов и их «поверхностные» особенности. Элементы памяти на основе структуры «металл-нитрид-окисел-полупроводник». Их принцип действия, методы электрической и оптической записи информации описаны выше. Осталась нерассмотренной одна граница раздела: металл—диэлектрик. Оказывается, что ее влияние также нельзя упускать из виду. Назначение металлического электрода — создание на необходимой площади диэлектрической пленки элек¬трического поля при подаче напряжения смещения.

Предположим, что мы подали на металлический элек¬трод импульс положительной полярности. При этом из Si в Si02 будут инжектироваться электроны и в нитриде кремния запишется отрицательный информационный за¬ряд. Однако в это же время будет происходить эмиссия дырок из металлического электрода (или, что то же, часть электронов уйдет из S13N4 в металл). В результа¬те суммарный информационный заряд в Si3N4 умень¬шится, что приведет к ухудшению характеристик запо¬минания.

Для предотвращения такого нежелательного эффек¬та было предложено несколько путей. Один из них – нанесение на слой нитрида кремния еще одной диэлек¬трической пленки — окиси алюминия А1203. Этот мате¬риал, обладающий большей шириной запрещенной зоны (8,7 эВ), чем Si3N4 создает дополнительный потенци¬альный барьер для эмиссии носителей с металлического электрода.

Другой путь использование вместо Si3N4 диэлектрика с переменной шириной запрещенной зоны (варизонного) — оксинитрида кремния SixNvOz. Из¬меняя в процессе его синтеза значения х, у, z, удается менять состав пленки от Si3N4 до Si02. Если подобрать характер варизонности таким образом, чтобы ширина запрещенной зоны увеличивалась по направлению к ме¬таллическому электроду, то также удается подавить эмиссию носителей из металла.

Последний путь являет¬ся более перспективным, так как не требует введения в стандартную технологию нового процесса — нанесения пленки А1203. Элементы памяти с «плавающим» затвором. Для со¬здания в диэлектрике центров, способных захватывать заряд, можно использовать так называемый плавающий затвор. Он представляет собой тонкий слой металла или полупроводника, находящийся внутри диэлектрического слоя и, таким образом, изолированный от всех электро¬дов прибора (транзистора) (рис. 9,6). Преимущество таких запоминающих структур — способность очень дол¬го сохранять записанный заряд.

Запись осуществляется с помощью инжекции горячих носителей через часть диэлектрика, отделяющего полупроводник от плавающе¬го затвора; этот механизм уже описан выше. Для сти¬рания применяют ультрафиолетовое облучение. Струк¬туры с плавающим затвором довольно сложны в изго¬товлении, так как процесс создания плавающего затво¬ра не должен ухудшать параметры подзатворного ди¬электрика (не будем забывать, что он достаточно тонок: 30—50 им). Поверхностные фоторезисторы и фототранзисторья.

Фоторезистор — прибор, использующий явление фото¬проводимости, рассмотренное нами выше. Мы отметили главные особенности влияния поверхности на этот эф¬фект. Показано, что правильный выбор величины по¬верхностного изгиба зон позволяет увеличить фотопро¬водимость при hv>Eg в несколько десятков раз. Осо¬бенно сильно этот положительный эффект проявляется при малых длинах волны света, когда велик коэффи¬циент его поглощения, мала глубина поглощения и, сле¬довательно, очень велика роль поверхностной рекомби¬нации и прилипания.

Для кремния эти длины волн по¬падают в очень важную спектральную область видимо¬го и ультрафиолетового света. Таким образом, непра¬вильный выбор условий на поверхности сделает фоторе¬зистор «слепым» во всей спектральной области, за исключением узкой полосы с hv> Еg. И наоборот, оп¬тимизация поверхностных характеристик позволяет по¬лучить прибор, чувствительный к свету во всей области длин волн от 0,2 мкм до 1,1 мкм (для кремния). Более того, изменяя условия на поверхности, можно регулиро¬вать фоточувствительность в этом спектральном диапа¬зоне. Рисунок 3. Тонкопленочный фототранзистор: 1 – контактные площадки; 2 – электрод истока; 3 – защитное покрытие; 4 – полупроводник; 5 – электрод затвора; 6 – диэлектрик; 7 – электрод стока Изменять состояние поверхности (изгиб зон) наибо¬лее удобно в структуре «металл—диэлектрик—полупро¬водник» (металлическим электродом, проницаемым для света) с приложением внешнего смещения. Подобную структуру имеет и тонкопленочный транзистор (рис. 3). Если требуется зафиксировать одно состояние, то доста¬точно нанести на поверхность Si диэлектрик (например, Si02). При этом должно удовлетворяться несколько ус¬ловий: процесс нанесения диэлектрика не должен силь¬но ухудшать объемные характеристики полупроводника; заряд, встроенный в диэлектрик, должен обеспечивать необходимые знак и величину поверхностного изгиба энергетических зон в полупроводнике; граница раздела «диэлектрик—полупроводник» должна быть достаточно совершенной (иметь низкую плотность электронных со* стояний и их необходимое распределение по ширине за¬прещенной зоны полупроводника). Для приборов на ос¬нове Si этот комплекс проблем можно считать решен¬ным, но для других материалов существует еще много проблем.

Поверхностно-барьерные фотодиоды и фотопреобразователи и поверхностно-барьерных фотодиодах (рис. 4), как следует из их названия, используется эффект возникновения поверхностной фотоэдс при разделении неравновесных носителей электрическим полем области приповерхностного пространственного заряда.

Общим требованием к приборам такого типа является создание на поверхности условий, оптимальных для генерации фотоносителей и их собирания на контактные области.

При соблюдении этих условий удается так же, как и в слу¬чае фоторезисторов, повысить чувствительность в корот¬коволновой области спектра при сохранении высокой однородности фотоответа в разных точках освещаемой поверхности.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Физика поверхности и микроэлектроника

Высокотемпературная сверхпроводимость Заключение Список литературы Введение Микроэлектроника в своем сравнительно недолгом развитии прошла путь от… Основополагающей в развитии микроэлектроники явилась идея интеграции -… Такая технология получила название планарной (от латинского корня, обозначаю¬щего плоскость) и, как видно из…

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Влияние поверхности на работу полупроводниковых приборов

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Этапы развития физики поверхности
Этапы развития физики поверхности. В развитии физики поверхности можно выделить три этапа. На ранней стадии изучалась поверхность твердого тела, покрытая различными адсорбированными фазами, осаждав

Геттерирование в микроэлектронике
Геттерирование в микроэлектронике. Геттерирование в твердом теле есть явление извле¬чения примеси или структурных дефектов из очищаемых (так называемых активных) участков твердого тела в контактиру

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги