半导体物理第八章2(3)

半导体物理教案－27

荷。这个附加正电荷将补偿部分金属电极上负电荷的作用，削弱表面层中能带的弯曲及空穴的堆积。反之，当外加偏压UG为正时，表面处能带向下弯曲，界面态能级相对于EF向下移，如图8-22(b)所示。当靠近导带的受主态向下移

至EF处时，由于电子占据受主界面态，表面出现负的界面态附加电荷，其效果也是削弱能带弯曲程度和表面层中的负电荷。从以上分析中看到，当外加偏压UG变化时，界面态中电荷随之改变，即界面态发生充放电效应。除外加偏压UG变化外，温度的变化也可引起界面态电荷的变化。

曾用不同方法测量了Si-SiO2系统界面态在禁带中的分布。早期测量结果认为分布在禁带中的界面态能级有两个高密度的峰：一个靠近导带底，为受主态;另一个靠近价带顶，为施主态。但进—步的研究发现上述结果并不可靠，转而认为界面态密度在禁带中呈“U”形连续分布，在禁带中部态密度较低，在靠近导带底Ec和价带顶Ev处密度迅速增加，不再下降，如图8-23所示。 界面态密度亦随晶体取向而变。对于硅，界面态密度从高到低按(111)、(110)、(100) 晶面顺序而变。因此在制造MOS器件时常常选用(100)晶向硅单晶，以减少固定电荷和界面态的影响。 下面讨论一下界面态的起源。前已指出，理想“洁净”表面的表面态密度约为l015cm2。但是，Si-SiO2系统的界面态密度要比这低几个数量级。这是因为硅表面覆盖了氧化膜后，硅表面的悬挂键大部分为氧所饱和，以致表面态密度大大降低。可以想像，若将硅(100)面与(110)和(111面比较，当表面上生长二氧化硅后，由于(100)面留下的未被氧饱和的键密度最小，因而其界面态密度最小。 除了未饱和的悬挂键外，硅表面的晶格缺陷和损伤以及界面处杂质等也可引入界面态，而且在某些情况下，如硅表面抛光不好等，其影响很显著，切不可忽视。

退火可以有效降低界面态密度。实验发现，使硅—二氧化硅系统在含氢的气氛中退火(退火温度取400~450℃)，可降低界面态密度。这是由于氢进入界面处和硅组成稳定的H－Si共价键．使悬挂键更多地得到饱和。控制适当的条件，在高温惰性气体中进行退火， 图8-23 硅—二氧化硅系统的界面态密度分布 图8-22 加不同VG时，界面态电子填充情况 亦可有效地降低界面态密度。

4、二氧化硅中的陷阱电荷

在Si－SiO2界面附近往往存在一些载流子陷阱，而能量较高的电磁辐射常常会在SiO2产生有些电子－空穴对。若这些电子或空穴被陷阱俘获，就形成空间电荷。这过程可用如下模型说明。

当X射线、?射线、电子射线等能引起原子电离的高能射线通过氧化层时，可在二氧化硅中产生电子空穴对，如果氧化物中没有电场，电子和空穴将很快复合掉，不会产生净电荷。但如果氧化层中存在电场时，例如，存在由正栅压引起的电场时，由于电子在二氧化硅中可以移动，将被拉向栅极，而空穴由于在二氧化硅中很难移动，就会陷入陷阱中。这些被陷阱捕获的空穴就表现为正的空间电荷。

这种由辐照感应产生的空间电荷可以在300℃以上的退火工艺中消除。

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