西安电子科技大学半导体物理课件——第八节 半导体表面跟mis结构.pdfVIP

第八章 半导体表面和MIS 结构 主 讲：施 建 章 E-Mail: jzhshi@mail.xidian.edu.cn 西安电子科技大学技术物理学院 二零零七年九月 主要内容 表面态概念 表面电场效应 硅-二氧化硅系统性质 MIS 结构电容-电压特性 表面电场对pn 结特性的影响 几个基本概念 表面：固体与真空之间的分界面，不具有体内三维周期性的 原子层。 界面：不同物质之间或不同相之间的分界面。 理想表面：表面层中原子排列的对称性与体内原子完全相 同，且表面不附着任何原子或分子的半无限晶体表 面。——理想晶体中假想的分界面！ 实际表面： 清洁表面：没有杂质吸附和氧化层的实际表面。 真实表面：含有氧化物或其它杂质、化合物以及物理吸附的实际 表面。 表 面 态 定义： 由于晶体自由表面的存在使其周期性势场在表面处发生 中断，从而在禁带中引入附加能级。这些附加能级上的电子 将定域在表面层中，并沿与表面相垂直的方向向体内指数衰 减。这些附加的电子能态就是表面态。 分类： 本征表面态：清洁表面的电子状态； 外诱表面态：存在杂质、吸附原子和其它不完整性时 的表面电子状态。 表 面 态 晶界的表面态密度是很高的。如果忽略自旋影响，则表面态 的数目就等于表面原子的数目。 晶界的表面态密度是不稳定的，随表面处的缺陷和吸附状态 而改变。这种表面态的数值与表面经过的处理方法有关。 实际表面由于薄氧化层的存在，使硅表面的悬挂键大部分被 二氧化硅层的氧原子所饱和，表面态密度大大降低。 15 2 11 12 2 对于Si：清洁表面为10 /cm ； 真实表面为10 ~ 10 /cm 。 表 面 态 测量表明硅的表面能级有两种，一是施主能级，靠近 带；另一为受主能级，靠近导带。 ***与一般情况向反！！ 根据表面态与体内交换电子的速率不同，表面态可分 两种： 快态：毫秒级或更短； 慢态：毫秒级以上至几小时。 表面电场的产生 ① 表面态和体内电子态之间交换电子可以产生垂直于表面的 电场； ② 当金属和半导体接触时，因功函数的不同，会形成接触电 势差，从而产生一个垂直于表面的电场； ③ 半导体表面的氧化层或其它的绝缘层中存在的各种电荷， 以及吸附的各种离子等，也会产生垂直于表面的电场； ④ 在MOS或MIS的金属栅极和半导体间施加电压时，也会产生 垂直于表面的电场； ⑤ 离子晶体的表面或界面处存在过剩电荷时，会产生垂直于 表面的电场。 空间电荷层与表面势 ① 空间电荷层 为了屏蔽表面电场的作用，在半导体表面会形成有一定宽度 的空间电荷层，其宽度通常在零点几到几个微米之间。 ② 表面电势V s 为了描述能带弯曲的方向和程度所引入的一个参量。常取半 导体内的电势为0 ，则表面处的电势Vs称为~。 ③ 表面层载流子浓度 qV x( ) qV x( ) n( )x n exp( p( x) ) p exp( −