Эффект поля

Эффектом поляназывается изменение концентрации свободных носителей в приповерхностном слое полупроводника (и, следовательно, его удельного сопротивления) под действием внешнего электрического поля, направленногонормально к поверхности.

В зависимости от направления по­ля и его напряженности различают три режима приповерхностного слоя:

- обеднения;

- инверсии;

- обогащения.

Рассмот­рим эффект поля на примере полупроводника р-типа с по­стоянной концентрацией акцепторов.

На рис. 10.1а. – 10.1в. показаны напряженность поля и концентрация носителей заряда в приповерхностном слое.

Предположим, что поверхностный заряд равен нулю.

Если полупроводник поместить во внешнее электрическое поле, то оно вызовет смещение свободных носителей в приповерх­ностном слое.

Появится нескомпенсированный объ­емный заряд, экранирующий остальную часть полупроводника от внешнего поля.

В стационарном режиме ток через полупроводник не течет, так как отсутствует замкнутая проводящая электрическая цепь.

Рис. 10.1 Концентрация носителей заряда в приповерхностном слое.

Режим обедненияпоясняет рис.10.1а.

Под действием по­ля, направление которого показано на рис, дырки (основные носители) смещаются от поверхности вглубь полупроводника, так что их концентрация у поверхности уменьшается.

Концентрация электронов у поверхности возрастает за счет их дрейфа к поверхности под действием электричес­кого поля.

Электроны (неосновные носи­тели) притягиваются к поверхности, но их концентрация здесь остается очень малой.

Поэтому у поверхности образу­ется обедненный слойтолщиной L_o6 .

Режим обеднения наблюдается при небольшой напряжен­ности внешнего поля, когда n_пов<N_a, а поверхностный по­тенциал не превышает порогового значенияф_пор, которое можно определить из условия n_noв = N_a,

f_пор = 2ф_тln(N_a /n_i) (10.1)

Распределения концентра­ций электронов и дырок показаны на рис. 10.1а.

Режим инверсии(рис10.1б)

При большой напряженности внешнего электрического поля наблюдается режим инверсии.

Режим инверсиитакое состояние приповерхностного слоя полу­проводника, в котором поверхностная концентрация элек­тронов (неосновных носителей) превышает концентрацию акцепторов.

Тонкий хорошо проводящий слой n-типа (рис.10.1б) с высокой концентрацией электронов называют инверсным, так какего тип проводимости противоположен типу проводимости подложки.

Распределения концентра­ций электронов и дырок показаны на рис. 10.1б.

Возникший проводящий слой n-типа экранирует полупроводник от внешнего поля.

Режим обогащения(рис10.1в)

При изменении направления внешнего электрического поля возникает режим обогащения, так как дырки притя­гиваются к поверхности и образуют обогащенный слой,где их концентрация выше концентрации акцепторов.

Обога­щенный слой характеризуется повышенной проводимостью, он также экранирует полупроводник от внешнего поля.

Структура металл – диэлектрик - п/п (МДП или МОП)

Структуры металл — диэлектрик — полупроводник (МДП) составляют основу полевых МДП-транзисторов, конденсаторов, уп­равляемых напряжением, а также широко используются в интегральных схемах.

Простейшая МДП-структура (рис. 10.2) содержит полупроводниковый кристалл — подложку 1, слой диэлек­трика 2, металлический электрод — затвор 3, омический контакт к подложке 4.

Структура имеет два вывода (за­твор и контакт к подложке) и является МДП-конденсатором, емкость которого зависит от напряжения между затвором и выводом подложки.