Studierea caracteristicilor volt-capacitive ale diodelor cu structură metal-izolator-semiconductor

1.1. Scopul lucrării: cercetarea experementală a caracteristicilor volt-capacitive (V-C) a structurilor metal-izolator-semiconductor (MIS), determinarea sarcinii şi densităţii stărilor energetice la suprafaţă (SES).

1.2. Partea teoretică

1.2.1. Studiaţi procesele care se petrec în diodele reale şi ideale cu structura MIS după literatura propusă şi conspectul lecţiilor.

1.2.2. Faceţi cunoştinţă cu metodele aprecierii densităţii SES după rezultatele măsurărilor caracteristicilor V-C ale structurilor MIS.

1.3. Partea practică

1.3.1. Măsuraţi caracteristicile V-C ale structurii MIS propuse.

1.3.2. Efectuaţi calculele capacităţii bandelor plate pentru structura MIS ideală cu parametrii daţi.

1.3.3. După caracteristica reală V-C determinaţi mărimea tensiunii bandelor plate.

1.3.4. Calculaţi mărimele sarcinii şi densităţii SES.

1.4. Îndrumări metodice

1.4.1. Noţiuni generale

Structura metal-izolator-semiconductor (MIS) prezintă un mare interes din punct de vedere a studierii proprietăţilor suprafeţei semiconductorilor. Întrucît fiabilitatea aparatelor semiconductoare în mare măsură depind de starea suprafeţei, studierea proceselor fizice ce au loc la suprafaţa semiconductorului cu ajutorul structurilor de tip MIS are o importanţă pentru elaborarea noilor aparate cu parametrii înalţi.

Să analizăm dioda ideală MIS. Structura ei este prezentată în fig.1.1.

Fig.1.1. Structura metal-izolator-semiconductor.

Fig.1.2. Structura benzelor energetice ale diodei ideale MIS la U=0; a) dioda MIS pe baza semiconductorului de tip-n; b) dioda MIS pe baza semiconductorului de tip-p. În figură: m - lucrul de extracţie al matalului;  - afinitatea faţă de electron pentru semiconductor; i¬ - afinitatea faţă de electron pentru izolator; Eg - lăţimea benzei interzise; b - bariera potenţială dintre metal şi izolator; b - diferenţa de potenţial dintre nivelul Fermi EF şi nivelul Fermi al semiconductorului intrinsec Ei.

Pentru dioda ideală MIS sînt juste următoarele:

1. Pentru deplasarea electronică nulă lipseşte diferenţa dintre lucrul de extracţie al metalului şi semiconductorului, adică nivelul Fermi în metal şi semiconductor este acelaşi (fig.1.2). Cu alte cuvinte bandele energetice sînt plate.

2. Sarcina ce apare în structură sub acţiunea deplasării electrice este compusă din sarcina ce formează în semicponductor şi altă sarcină echivalentă, dar cu semn opus ce apare pe suprafaţa metalului şi care este separată de semiconductor prin izolator.

3. Lipseşte deplasarea sarcinilor prin izolator la deplasarea electrică constantă, adică rezistenţa izolatorului este infinit de mare.

Dacă la dioda ideală MIS este aplicată tensiune din exterior, atunci pot aprea trei stări care sînt schematic prezentate în fig.1.3. Să analizăm pentru început semiconductorul de tip-p. Dacă la metal aplicăm tensiune negativă (U<0), aşa cum este arătat în fig.1.3,a, atunci maximul