Полупроводниковый прибор

 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР на основе МДП-структуры, содержащей слой полупроводника, диэлектрика и металла, отличающийся тем, что, с целью поввдиения коэффициента выпрямления и получения куполообразной вольт-фарадной характеристики , слои выполнены из материала, удовлетворяющих следующим соотнсяиениям: ,, 3,2 f, iJ&2 где разность работ выхода между слоями диэлектрика и металла; ЛФ2 разность работ выхода между диэлектрика и полупроводника; Л - разность энергий уровня Фермя и дна зоны проводимости диэлектрика;g Л, - разность энергий уровня Фер (Л ми и дна зоны проводимости полупроводника. СО х СП 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

1 А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

10 (21) 3302433/18-25 (22) 18. 06. 81 (46) 23. 12. 83. Бюл. Р 47 (72 ) А.М . Свердлова, М.A. Попов и M.B. Прохожева (71 ) Научно-исследовательский и н сти-. тут механики и физики при Саратовс» ком ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. Н.Г.Чернышевского (53) 621.382(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 757060, кл. Н 01 L 29/78, 1980, 2, &зйаща CAJ ? E Rectrochem

Soc 1971, 118, 912, рр. 1993 †19 (прототип) . (54)(57) ПОЛУПРОВ0 1НИКОВ((Й ПРИБОР на основе МДП-структуры, содержащей слой полупроводника, диэлектрика и металла,отличающийся

ЗОН 01 29 76 H 01 29 94 тем, что, с целью повышени я коэффициента выпрямления и получения купо- лообразной вольт-фарадной характеристики, слои выполнены из материалер, удовлетв оряющих следующим соотношениям:

1,5(дф„/дф (3,2

1 (С Д, /Д2 < .,3 где Лф„— разность работ выхода между слоями диэлектрика и металла;

-Ьф2 — разность работ выхода между слоями диэлектрика и полупров одни к а;

Ь вЂ” разность энергий уровня Фер1 ми и дна зоны проводимости с диэлектрика;

Л вЂ” разность энергий уровня Фер2 ми и дна зоны проводимости полупроводника.

С:

99758; - е я и я сйат Epê ал

Параметпы .I Ат — йт Π—;; с, 1Т вЂ” ZIIQ-p Si AI-ЕпО-и Si — А

6 >2 — 4,!6=-2, Сб

6,22 — 4,,16= †6

23 — 4. )6-=с." 3

О,- 2 - 4, 2 8 = 1, 9 -4 б, 22-4,9=1, 32!,29 — 4 06=0

1: 6.и

4 2

7 1 вя!. 21

Изобре ение относится к области полупроводниковой микроэлектроники и может быть sc!Iользанано .Ip!: созда нии полупронодниконых приборов;-,а основе )4ДП- структур,: изнеcTcн МДП-диод, состоящий из слоя метал:Ic: (!) . cJIQII диэлектрика (Д), в каче.."гне которого н =-ят слой нелинейного полупроводникового сопротивления,. и слоя полупроводникаа (П.:, П = -à êîì диоде промежуточный слой диэлектрика играет активную, однако, яе зависимую от полупронодника роль, Коэффициент выпрямления такого диода низок, так как не учтена взаимосвязь конструктивных параметрон - спал ь з ов анных мат ери алов, P например работы выхода . )

Наиболее близкик. пo ".ех;!ичес:сой сущности к изобретению являе= =я г2 3 полупроводниковый при бор H —. основе

МДП-структуры, содержащей слои полупроводник а, диэлектрика и: ет алла,.

В качестве диэлектрического слоя в полупроводников ом при боре и спал ьзуcrc< A(О

Од-:àêo такой прибор обладает недо"-.аточяым коэффициентом ны:>рямВнешняя контактная разность г"..o-.åíöиалон, рас:пределяясь между контактирующими материалагч, приводит ж образованию областей прг странствеяного заряда (ОПЗ;, искривлению зо: в полупроводнике и диэлектрике, Так как удельное сопротивление диэлектрика много больше удельного сопротивления металла и больше удель нога сог рстивлени я полу проводника, аф Iy,где y - заряд электрона) сосредоточен на диэлектрике,, тогда как 4! распределяется между полу проЦелью изобретения является повышение коэффициента выпрямления и получение куполообразной воль Г-фарадной харак еристики .

Поставле-:íàÿ цель достигается . е:,.ч ч то B г; редложен яом пол y IlpoBO!!никоном приборе на основе !ЩГ(-структуры, содержащем слои полупроводника, диалектрика и металла, слои выполнены из материалов, удовлеTBopBIO щих следующим соотношениям:

t5(дф/дФ 32

4, !1 з, где л Ԅ— разность работ выхода слоев диэлектрика и металла; йф2 — разность работ выхода слоев диэлектрика и полупронодника; в — разность энергий уровня

Ферми и дна зоны прсводи— мости диэлектрика; и — разность энергий уровня с>ерми и дна зоны проводимости полупронодника.

Изобретение поясняется таблицей и чертежом, где н таблице представлены энергетические параметры (ф„, дф2, „- !2 в внутренняя контактная разность потенциалов, K — коэффициент выпрямления) водником II диэлек-.ðèêîì,,Внут ренняя контактная разность потенциалон для электронов (как и для дырок) дает возможность управлять при приложении напряжения забросом в зоны проводимости и налентяостью диэлектрика носителей, которые прини60 мают участие в ток опереносе и формн— ров анин обл астей простран ств ен ного заряда.

Работа полупроводниковorî прибора

65 На основе МДП-структуры (Aj.— ЕпР-р Si) 997581 основана на использовании областей пространственного заряда. Наличие областей пространственного заряда (в общем случае несимметричных), в диэлектрике и полупроводнике дает воэможность получать униполярную проводимость и изменять емкость МДП-» структуры не только в рсжиме обедне» ния полупроводника, но и в режиме обогащения его, не оставляя эту емкость постоянной .

М(п åõð- Ð/кТ) /з

45 где и — равновесная концентрация носителей в объеме полупроводника;

Т вЂ” абсолютная температура; 50

К вЂ” постоянная Больцмана.

Чтобы в э аимосв язь контактирую-щих материалов была значительной, необходимо, чтобы внешние контактные разности потенциалов не были такими малыми, как в прототипе (cM. таблицу) .

Соблюдение условий, требующих безразмерных величин в математической записи взаимосвязи между параметрами контактирующих материалов, обеспечивающих положительный эффект работы устройства, требует использования отношения величин, например йФ, /4Ф2.

В таблице представлены значения этого отношения Для МДП-сò-.ðóêòóðû

AI-Zn О- n Si внешняя контактная разность потенциалов больше, но коэффициент вып рямления 10, так как большой вклад дает тунйельный механизм токопрохожденйя.

Сравнением значений можно установить нижнюю границу . Вследствие аддитивности потенциала изгиб эон Ч в диэлектрике приблизительно равенн„-4Ф2, (так как некоторая часть аф приходит- 35 ся на полупроводник) . Для МДП-структуры Al -ZnO-pSi /= 0,74 эВ. Изгиб зон не может быть очень большим, так как тогда возможен пробой между полупроводником и диэлектриком. Учи- 4(1 тывая, что предельная поверхностная концентрация М подвижных носителей порядка 10" -10 " см, может быть оценен изгиб эон Ч:

Для ZnO Пр=10 8 см З, /-1, 6 эВ.

Таким образом верхняя граница b+„/ ф2 З,2.

Однако внешняя контактная разность потенциалов недостаточна для достижения поставленной цели. Достаточной является внутренняя контактная разность потенциалов. Так как вероятность заброса пропорциональна

Ехр-, то внутренняя контактная кТ разность потенциалов не должна быть такой большой, как в прототипе. Таблица дает возможность установить пределы возможного изменения b /b2

41(— (5,3.. Проверка работы ЧДП-структуры Al-ZnO-p Si осуществлялась с использованием следующих параметров: толщина пленки окиси цинка 560 Х, толщина р 51 пластины с /=10 0 ом:см

300 мкм, площадь диода 2 -10 см 2.

Вольт-амперные характеристики измерялись с помощью стандартной аппаратуры, состоящей из источника напряжения АМГЦ.У.120 ч., приборов для измерения напряжения ВК7-3/А4-М2/, тока—

М-95 с наружным шунтом Р4 и миллиамперметра. Вольт-фарадные характерис тики измерялись с помощью моста Л2-7 с источником напряжения ГКЗ-40. Измерение проводилось по методике, изложенной в инструкции по эксплуатации к укаэанной аппаратуре.

Результаты измерений представлены на чертеже, где на фиr. 1 даны вольтамперные характеристики: для кремния р-типа проводимости 1 а для кремния п-типа проводимости 2; на фиг . 2 даны вольт-фарадные характеристики: для кремния п-типа проводимости 3 и для кремния и-типа проводимости 4.

Коэффициент выпрямле ни í К= 10 .

Форма вольт-фарадной характеристики отличается от известной и имеет куполообраэ ную форму, что создает дополнительные возможности для примен ени я в ми кроэл е ктр они ке .

Использов аяие иэобре тени я позво-. лит получать полупроводниковые приборы с большим коэффициентом выпрямления и куполообраэнои вольт-фарадной характеристикой.

9975В1 о

ФЪг Г

Состави-.åëü ". .Воронежцева

Редактор Л.Утехина Техред Л,Мартин ова 1(орректор Р.Решетник заказ 106 Зб, 7 Тираж 103 подписное

HHHHiIH Государственного комитета CCCP по делам изобретений и открытий

113u35, Москва, Ж вЂ” 35, Рау;нская наб., д. 4 5

4«или ал HfHl 1ат ен Г, x . Ужгoi0ji, ул . Проек I нан, 4