Поверхностная проводимость МДП-структуры

Если на поверхности полупроводника в МДП-структуре созданы омические контакты, то измеряя проводимость между ними в зависимости от напряжения смещения, можно получить ряд полезных сведений о свойствах поверхности. Этот метод исследования был использован в классических экспериментах Шокли и Пирсона.

Наиболее простой путь вычисления поверхностной проводимости состоит в нахождении избыточной поверхностной плотности электронов и дырок ΔN и ΔP в функции поверхностного потенциала. Обозначая через и плотности носителей заряда в случае плоских зон , можно записать:

где

или

Здесь выражение для был представлен формулой (6). Если предположить, что носители заряда не захвачуються поверхностными ловушками, тогда изменение поверхностной проводимости будет выражена как:

где и — эффективные подвижности носителей заряда, которые зависят в общем випалдку от . Зависимость для Si и Ge была вычислена рядом авторов. Здесь только стоит внимания то, что величина для легированного полупроводника имеет минимум при

Графическое представление этой зависимости проводят для случая . Здесь рост проводимости при u<0 соответствует «режима аккумуляции», при u>0 с удалением уровня Ферми сверху валентной зоны, когда проводимость падает, а затем снова резко возрастает за счёт образования инверсного слоя.

Если использовать выпрямительные контакты при измерении проводимости, тогда величина определяется носителями заряда одного типа. Поэтому в подынтегральная выражениях следует принимать только один из составляющих.

Исследованию эффективной подвижности носителей заряда в приповерхностных слоях полупроводника посвящено много теоретических и экспериментальных работ. Дж. Шриффером была развита классическая теория поверхностной подвижности, из которой следует, что за счёт дополнительного рассеяния носителей на границе раздела диэлектрик-полупроводник и воздействия электрического поля величина падает с ростом поверхностного потенциала и всегда остаётся меньше подвижности в объёме полупроводника. Затем теория Шриффера была усовершенствована путём введения в рассмотрение анизотропии кристалла, зеркального отражения носителей от поверхности и ряда других эффектов, однако результаты расчётов плохо совпадают с экспериментальными данными. Основная причина этих различий состоит в том, что классический подход к проблеме поверхности не является справедливое, поскольку здесь мы имеем малую толщину слоя, в котором движутся носители заряда. Эта толщина является величина одного порядка с длиной волны де Бройля и поэтому наличие сильного электрического поля приводит к появлению квантовых явлений.

Численные эксперименты по исследованию поверхностной подвижности, в которых особое внимание уделялось стабильности и воспроизводимости результатов, показали что в инверсных слоях значения и примерно вдвое меньше чем в объёме полупроводника и не зависят от электрического поля.

Поверхностная рухливисить основных носителей, которая изучалась на МДП-структурах в режиме аккумуляции, несколько превышает подвижность в инверсных слоях. При увеличении электрического поля значения падают медленнее, чем предсказывает теория.