Особенности технологии МДП структур

Основное отличие реального диэлектрика от идеального заключается в том, что пленка диэлектрика имеет структурные дефекты, которые неравномерно распределены по ее толщине. Из-за различия структурной матрицы диэлектрика и Si на границе их раздела имеются дефекты, которые дают уровни в запрещенной зоне Si – поверхностные состояния (interface states). Ионизация дефектов, находящихся на границах раздела и в глубине диэлектрика, может приводить к изменению поверхностного потенциала ψ _s, и, соответственно, электрических свойств МДП-структур и приборов, изготовленных на их основе. На рис. 6.1 схематически изображена микроструктура SiO₂ вблизи границы с Si. На схеме показаны отдельные дефекты, электрическая активность которых может оказывать влияние на характеристики МДП-структуры.

Q_ss – заряд поверхностных состояний (surface state), который концентрируется вблизи границы раздела Si-SiO₂. Поскольку максимум этих состояния располагаются вблизи краев запрещенной зоны, время их перезарядки может быть весьма малым (рис. 6.2).

Рис. 6.1

Рис. 6.2

Q_f – заряд фиксированный вблизи поверхности (обмен зарядами этого типа не может происходить так же быстро, как для Q_ss).

Q_t – заряд, захваченный ловушками в окисле.

Q_m – заряд подвижных ионов, который возникает в результате присутствия в диэлектрике посторонних ионов, например Na⁺.

Величину всех этих зарядов обычно относят к единице площади границы раздела, т.е. измеряют в единицах Кл∙см^-2. Вместо зарядов часто используют соответствующие поверхностные плотности, которые обозначают символом N_i с теми же индексами (N_i =Q_i/ q – число зарядов на 1 см²). Поскольку энергетические уровни состояний, захватывающих поверхностный заряд Q_ss, непрерывно распределены в запрещенной зоне полупроводника, полезной характеристикой является энергетическая плотность поверхностных состояний