Эффективный заряд Qэф на границе раздела кремний-SiO2 всегда положителен

Эффективный заряд Qэф на границе раздела кремний-SiO2 всегда положителен. Он включает: заряды в поверхностных состояниях полупроводника; фиксированный заряд в тонком (10-20нм) слое окисла, примыкающего к полупроводнику, образованный в основном избыточными ионами кремния; заряды ионных примесей в диэлектрике. Величина этого заряда зависит от технологии изготовления SiO2  и снижается при окислении в хлоросодержащих средах, послеокислительном отжиге в инертных средах и тщательной очистке поверхности кремниевой пластины перед окислением. Использование пластин кремния с кристаллографической ориентацией (100) также снижает величину Qэф примерно в два раза по сравнению с аналогичным параметром для пластин с ориентацией поверхности (111).

Разность работ выхода из металла и полупроводника Фмп может быть найдена, если известны работа выхода из металла Фм и уровень легирования полупроводника, определяющий положение уровня Ферми:

,

где χ – электронное сродство полупроводника, для кремния χ =4,15 эВ, ΔE – ширина запрещенной зоны полупроводника (для кремния ΔE=1,12  эВ). Зависимость Фмп от концентрации примеси в подложке для транзистора с электродами затвора из алюминия и поликристаллического кремния изображена на рисунке 3.5.

Для алюминиевого электрода Фмп =(-0,6-φв ) эВ. Величина φв зависит от концентрации примеси в полупроводнике, следовательно, уровень легирования полупроводника будет изменять разность работ выхода. Как видно из рисунка 3.5, это изменение составляет примерно 0,4 эВ при увеличении концентрации примеси от 1014 до 1018см-3. В кремнии p-типа φв  имеет отрицательные значения, следовательно, Фмп будет расти с увеличением NП. Снижение порогового напряжения достигается и с ростом емкости затвор-подложка. При постоянном значении диэлектрической постоянной окисла кремния увеличение емкости возможно лишь за счет уменьшения толщины диэлектрика xq, которое ограничивается напряжением пробоя. В МДП интегральных микросхемах толщина подзатворного диэлектрика не превышает 100 нм, а с уменьшением длины канала уменьшается до 50-30 нм.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector