2.8. Граница полупроводник—диэлектрик

Приповерхностный слой полупроводника — это особая область. Имеет кристаллическую структуру, содержит адсорбированные примеси, характерен наличием особых энергетических уровней и т.п. Соответственно, приповерхностному слою свойственны свои значения подвижности, времени жизни и других электрофизических параметров.

Общая характеристика границы . Свойства среды, с которой граничит полупроводник, оказывают влияние на свойства приповерхностного слоя. Примером могут служить границы (контакты) полупроводников с металлами, рассмотренные в предыдущем разделе. Как было показано, наличие металла на поверхности полупроводника приводит к образованию в последнем обедненных или обогащенных слоев. Аналогичные процессы имеют место на границе полупроводника с диэлектриком.

Особый интерес представляет граница кремния с двуокисью кремния, поскольку поверхность всех современных полупроводниковых ИС защищается окисным слоем. Кроме того, в структурах МДП (рис. 2.13), выполненных на основе кремния, в качестве диэлектрика тоже, как правило, используется слой . Поэтому ниже, говоря о границе полупроводник-диэлектрик, будем подразумевать структуру .

Главная особенность слоев (пленок) двуокиси кремния, используемых в ИС, состоит в том, что они всегда содержат примеси донорного типа. Наиболее распространенными примесями такого типа являются натрий, калий и водород. Все они содержатся в типовых растворах, которыми обрабатывают поверхности кремния и его окисла.

Донорные примеси, свойственные пленке , сосредоточены вблизи границы с кремнием. Поэтому в пленке на границе с кремнием образуется тонкий слой положительно заряженных донорных атомов, а отданные ими электроны переходят в приповерхностный слой кремния. Последствия такого перехода зависят как от типа проводимости полупроводника, так и от концентрации донорных примесей в диэлектрике. Поскольку донорные атомы сосредоточены в очень тонком слое диэлектрика, объемная концентрация () оказывается неудобным параметром и вместо нее используют поверхностную концентрацию (). Характерными значениями поверхностной концентрации доноров в двуокиси кремния являются .

Если кремний имеет проводимость -типа, то электроны, перешедшие в него из окисла, обогащают его приповерхностный слой основными носителями: образуется так называемый п-канал (рис. 2.14, а). Если же кремний имеет проводимость р-типа, то электроны, перешедшие в него из окисла, либо обедняют приповерхностный слой, «обнажая» отрицательные ионы акцепторов (рис. 2.14, б), либо образуют наряду с обедненным слоем тонкий инверсионный -слой (рис. 2.14, в).

Возникновение незапланированных каналов под слоем в приборах, работающих как с использованием р-n-переходов, так и МДП, может нарушить структуру этих приборов и нормальную работу элементов ИС.