第五章 半导体的物质结构和能带结构.doc

半导体表面与MIS结构 讨论并导出n型半导体表面因表面垂直电场而恰为本征状态时的表面电场强度、表面电荷密度、表面空间电荷区宽度和表面比电容的表达式。 设表面层载流子浓度仍遵守波尔兹曼统计，则有 因表面恰为本征，所以ns=ps=ni 因此有 又有 所以F函数为 因此 用NA=3×1016cm-3的p构成一个理想MIS结构，求室温下表面势VS=0.25V时的耗尽层宽度。 代入数据可得： 同上题，求di =200.65V时绝缘层中的电场强度、硅表面空穴密度表面势。 表面空穴度的统计公式为 根据表面势公式可计算得 同上题半导体表面本征时耗尽层度硅最大空间电荷区宽度对ND=3×1016cm-3的n构成理想MS结构，di =20nm时的电压1.1UT时表面电荷密度上题求绝缘层电容平带电容最小耗尽层电容。导出理想MIS结构开启电压随温度变化的式。按定义，开启电压UT定义为半导体表面临界强反型时加在MOS结构上的电压，而MOS结构上的电压由绝缘层上的压降Uo和半导体表面空间电荷区中的压降US构成，即 式中，QS表示在半导体表面的单位面积空间电荷区中强反型时的电荷总数，Co单位面积绝缘层的电容，US为表面在强反型时的压降。US和QS都是温度的函数。 以p型半导体为例，强反型时空间电荷区中的电荷虽由电离受主和反型电子两部分组成，且电子密度与受主杂质浓度NA相当，但反型层极薄，反型电子总数远低于电离受主总数，因而在QS中只考虑电离受主。由于强反型时表面空间电荷区展宽到其极大值xdm, 因而 式中LD为德拜长度，其值 临界强反型时 故 最终得 Al与p-Si构成的MOS系统在UG=0时的，NA=3×1016cm-3、di =50nm时的平带电压。上题分别采用n+多晶硅栅和p+多晶硅栅，NA=3×1016cm-3、di =50nm的无金-半功函数差的MOS系统，求Si-SiO2界面Q=8×1010cm-2的固定正电荷的平带电压和电压。 一MOS电容器的高频特性曲线如图所示。器件面积为2×10-3cm2，金-半功函数差W=-0.5eV，半导体掺杂浓度为2×1016cm-3。(a)半导体的(b)求氧化层厚度(c)氧化层界面电荷密度(d)求平带电容说明图中各点所代表的是该MIS结构的什么状态。 设一MOSFET单位面积氧化层中的正电荷总数为1012cm－2，氧化层厚度为0.2(m，(i=3.9，求下列情况下的平带电压： ①电荷在氧化层中均匀分布；②电荷呈三角形分布，但在金属-SiO2界面上最高，在SiO2-硅界面上为零；③电荷呈三角形分布，但在金属-SiO2界面上为零，在SiO2-硅界面解：为抵消氧化层中的电荷而需要施加的平带电压 式中d0为氧化层厚度，C0为单位面积氧化层的电容。 对①，((x)=(o为一常数，则 对情形②和③，以金属-氧化层边界为坐标原点，设最高电荷密度为(M，因为这两种情况的电荷总数相等，氧化层厚度相等且同为三角形分布，因此二者的(M相等，只是出现的位置不同。对情形②近硅处电荷密度为零的三角形分布，电荷分布函数可表示为 相应的平带电压即为 对情形③近金属处电荷密度为零的三角形分布，电荷分布函数可表示为 相应的平带电压即为 因为三种情形下的单位面积氧化层中电荷总数相等，而情形的电荷总数Q=(od0，情形和的电荷总数皆可表示为Q=(Md0/2，由此知(M＝2(0，即 利用和题意设定的参数可以算出 E⊥=5(104V/cm时硅中电子和空穴迁移率随距表面深度变化的曲线，深度范围取1(1000nm。式中(bn=1350cm2/V.s，(bp=480cm2/V.s，xn=5(10-7cm，xp=4(10-7cm，而bn,p=2+E⊥/En,p（其中，En=1.8(105V/cm，Ep=3.8(105V/cm）。 -0.8 UG（V） 1 2 3 4 5