衬底SiO2可动离子固定电荷界面态辐射电离陷阱3.1.2Si-SiO2系统及其特性3.1半导体表面与Si-SiO2系统在Si-SiO2系统中,至少存在四种因素影响其电学性能的稳定,它们分别是:①可动离子,以钠离子(Na+)为主要对象;②固定电荷,通常是一些过剩的硅离子Si+;③辐射电离陷阱;④界面态,即前述的表面态。3.1半导体表面与Si-SiO2系统界面态Si-SiO2界面图中显示了Si晶圆经氧化以后,Si-SiO2界面的结构情形。实验表明,界面态面密度与晶圆的晶向、氧化炉温、退火工艺等因素有关。根据所制备的器件不同,理想的情形是将面密度控制在<1010/cm2·eV以下。MOS晶体管电极或金属互连线SiO2层源、漏区或衬底Si3.2表面空间电荷区与表面势MOS结构是半导体器件结构中两种最基本的结构之一。图中①显示了它构成MOS晶体管的核心结构;②显示了由于金属布线而广泛存在于集成电路中的寄生MOS结构。栅介质(SiO2)栅电极3.2表面空间电荷区与表面势3.2.1表面空间电荷区对于不同的栅压VG,表面空间电荷区存在四种状态:a.VG=0V平带状态;b.VG<0V多子积累状态;c.VG>0V耗尽状态;d.VG>>0V反型或强反型状态。理想MOS结构的条件:①Si-SiO2系统中不存在前述的三种性质的电荷及界面态;②金属栅与衬底半导体材料之间的功函数相等。3.2表面空间电荷区与表面势a.VG=0V平带状态电荷分布MOS结构两端的电压为0,此时衬底Si表面不受任何电场作用,故不存在空间电荷区,因此体电荷密度分布ρ(x)=0,半导体表面能带是平直的。电荷分布空穴3.2表面空间电荷区与表面势b.VG<0V多子积累状态此时,受负栅压的作用,P-Si衬底的多数载流子——空穴趋于流向表面,形成一薄层空穴积累层。由于衬底基准电位为0,故表面势φs<0,表面处能带将向上弯曲,电荷分布见图。
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