Структура металл-диэлектрик-полупроводник

В МДП-транзисторе с поликремниевым затвором рассчитать и построить зависимость порогового напряжения как функции концентрации примесных атомов (ND или NA) в подложке из кремния соответствующего типа проводимости. Диэлектрик – SiO2. Влиянием поверхностных состояний на границе раздела "диэлектрик-полупроводник" пренебречь.

Основываясь на данных расчета, построить энергетическую диаграмму МДП-структуры с заданной концентрацией примесей в кремнии NDi или NAi в режиме сильной инверсии.

Рассчитать величину дифференциальной емкости МДП-структуры в данном транзисторе в режимах сильной инверсии и обогащения.

Численные значения исходных данных, необходимых для выполнения задания по вариантам 6.1 – 6.5, а также 7.1 – 7.5 представлены в табл. 6 и табл. 7, соответственно.

Таблица 6

№ вариан-та

Тип затвора: вырож-денный полик-ремний

Толщи-на окисла,

нм

Т,

К

Диапазон изменения величины концентрации примесей

Nd,

см-3

NDi,

см-3

6.1

p+

80

280

(1013–1017)

1,5×1016

6.2

n+

90

290

(1013–1017)

2×1016

6.3

p+

100

300

(1013–1017)

3×1016

6.4

n+

110

310

(1013–1017)

4×1016

6.5

p+

120

320

(1013–1017)

5×1016

Таблица 7

№ вариан-та

Тип затвора: вырож-

денный поли-кремний

Толщи-

на окисла, нм

Т,

К

Диапазон изменения величины концентрации

примесей

NA, см-3

NAi,

см-3

7.1

n+

100

250

(1013–1017)

1,5×1016

7.2

p+

120

270

(1013–1017)

2×1016

7.3

n+

140

290

(1013–1017)

3×1016

7.4

p+

160

320

(1013–1017)

4×1016

7.5

n+

180

340

(1013–1017)

5×1016

Задание к вопросу о методе формирования

полупроводниковой структуры

(6.1 – 6.5)

6.1. Технология изготовления МОП-транзистора с каналом p-типа.

6.2. Технология изготовления комплементарных МОП-транзисторов.

6.3. Конструктивно-технологические методы управления зарядом в подзатворном диэлектрике МДП-структуры.

6.4. МНОП-технология в производстве МДП-транзисторов.

6.5. Технология изготовления МОП-транзистора с поликремниевым затвором.

Задание к вопросу о методе формирования

полупроводниковой структуры

(7.1 – 7.5)

7.1. Применение метода ионной имплантации в технологии МОП-транзисторов.

7.2. Метод изготовления МОП-транзистора с использованием структур “кремний на сапфире” (КНС).

7.3. Метод изготовления МДП-транзисторов с исполь-зованием D-МОП-структур.

7.4. Метод изготовления МДП-транзисторов с исполь-зованием V-МОП-структур.

7.5. Технологический контроль в производстве МДП-транзисторов методом вольт-фарадных характеристик.

5. некоторые Примеры расчетов электрофизических характеристик полупроводниковых структур

Пример 1. В германиевом р-n-переходе удельная проводимость р-области σр=104 См/м и удельная проводимость n-области σn=102 См/м. Подвижности электронов μn и дырок mp в германии соответственно равны 0,39 и 0,19 м2/(В×с). Концентрация собственных носителей в германии при Т=300 К составляет ni=2,5×1019м-3. Вычислить контактную разность потенциалов (высоту потенциального барьера) при Т=300 К.

Решение

Для материала р-типа σp=qρpmр. Отсюда концентрация дырок в p-области

рр=σp/(qmр)=104/(0,19×1,6×10-19)=3,29×1023м-3.

Аналогично для материала n-типа

nn=σn/(qmn)=100/(0,39×1,6×10-19)=1,6×1021м-3.

Концентрация дырок в n-области

pn=пi2/пп=(2,5×1019)2/(1,60×1021)=3,91×1017м-3.

Тогда контактная разность потенциалов

Пример 2. Используя данные и результаты расчетов задачи из примера 1, найти плотность обратного тока насыщения, а также отношение дырочной составляющей обратного тока насыщения к электронной, если диффузионные длины для электронов и дырок Ln = Lp = 1×10-3м.

Решение

Плотность обратного тока насыщения

.

Из предыдущей задачи

рп=3,91×1017м-3;

np=ni2/рр=1,9×1015м-3.

Используя соотношение Эйнштейна

Dp=(kT/q)mp и Dn=(kT/q)m .

Следовательно,

Отношение дырочной составляющей обратного тока насыщения к электронной составляющей равно

I0p/I0n=μppnLn/(μnppLp)=0,19×3,91×1017/(0,39×1,9×1015)=100.

Пример. Германиевый полупроводниковый диод, имеющий обратный ток насыщения I0=25 мкА, работает при прямом напряжении, равном 0,1 В, и T = 300 К. Определить: а) сопротивление диода постоянному току R0; б) дифференциальное сопротивление r.

Пример. Идеальный МДП-конденсатор сформирован на основе кремниевой подложки р-типа с концентрацией NA = 1015 см-3. Диэлектрический слой имеет толщину 100 нм. Разность работ выхода электрона из металла и полупроводника составляет qjМП = - 0,9 эВ. Плотность заряда на границе раздела Qss = 8×10-8 Кл/см-2. Вычислите максимальную толщину обедненной области Wmax , емкость диэлектрического слоя, заряд в обедненной области (Qs), пороговое напряжение и минимальную емкость МДП-конденсатора, а также его пороговое напряжение с учетом влияния напряжения плоских зон.

Квантовая физика возникла и в основном сформировалась в первой трети ХХ столетия. Возникновение и развитие квантовой физики связано с именами М. Планка, А. Эйнштейна, Л.де Бройля, Н. Бора, В. Гейзенберга, Э. Шредингера, В. Паули. Значительный вклад внесли советские физики Л.Д. Ландау, В.А. Фок, А.Ф. Иоффе и др.

Описание установки и методика измерений Экспериментальная установка состоит из обычной лампочки накаливания с вольфрамовой нитью, светофильтра и приемника излучения (фоторезистора)

В 1900 г. Максом Планком была выдвинута принципиально новая физическая гипотеза о дискретности энергии теплового излучения и наличии ее минимальной порции - кванта энергии излучения. Эта гипотеза позволила Планку описать равновесное тепловое излучение во всех диапазонах длин волн.
Лабораторные работы по оптоэлектронике Квантовая физика