Полупроводниковый прибор Советский патент 1983 года по МПК H01L29/76 H01L29/94 

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники и может быть использовано при соэда НИИ полупроводниковых приборов на основе МДП- структур.

Известен MJin-диод; состоящий из слоя металла (М), слоя диэлектрика (Д , Е качег тве которого взят слой нелинейного полупроводникового сопротивления, и слоя полупроводника (П;, в таком диоде промежуточный слой диэлектрика И1рает активную, однако, не зависимую от полупроводника роль. Коэффициент Е1Ыпрямления такого диода низок, так как не учтена взаимосвязь конструктивных параметров использованных материалов, например работы выхода L 1 J :,

Наиболее близким.по технической сущности к изобретению является 2 полупроводниковый прибор на основе МДП-структуры г содержащей слои полупроводника, диэлектрика и металла. В качестве диэлектрического слоя в полупроводниковом приборе используется Ag.,0, .

Однако такой прибор об.п адает недостаточным коэффициентом выпрямл е и и я ,

;4атеркал Параметры tl AI-AI „,а,-п Su ;. Al-ZnO-p . „...i,,

Целью изобретения является повышение коэффициента выпрямления и получение куполообразнсзй вольт-фарадной характеристики .

Поставленная д.ости1-ается ем, что в предложенном полупроводниковом приборе на основе МДП-структуры, содержащем слои полупровсдника, диэлектрика и металла, слои выполнены из материалов, удовлетворяющих следукзцим соотношениям: 3,2

1,7 fW2

где и Ф - разность работ выхода слоев диэлектрика и металла; ЛФ2 - разность работ выхода слоев диэлектрика и полупроводника;

разность энергий уровня

а, Ферми и дна зоны проводимости диэлектрика; разность энергий уровня

2Ферми и дна зоны проводимости полупроводника. Изобретение поясняется таблицей и чертежом, где в таблице представлены энергетические параметры (&Ф, йФ2,-Л2- ЗНуч-ренНЯя контактная разность потенциалов, К - коэффициент выпрямления) Si j й1-2пО-п Si ,16-6,136,22-4.16 -6066 22-4,16-2,06

4, % 0,2 j6,22-4,,326,22-4,28 1,94

2, 1,6 i;6

и ,08с, 9 2 0; 3

2,420,68 1,3

057i,56 .06

ii, 2o1,- 3,3

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

Внешняя контактная разность потенциалов, распределяясь г-кгжду контактирующими материалалЕ J приводит к образованию областей пространственного заряда (ОПЭ), искривлению зон а полупроводнике и диэлектрике. Так как удельное сопротивление диэлектрика много больше удельного сопротивления металла и больше удель ного сопротивления полупроводника, йФ-/%1где О, - заряд электрона) сосредоточен на диэлектрике,., тогда как р а спр едел я е т с я между пол у пр о водником и диэлектриком, Внутренняя контактная разность потенциалов для электронов (как и для дырок) дает возможность управлять при приложении напряжения забросом в зоны проводимости и валентностью иэлектрика носителей, которые принимают участие в токопереносе и формировании областей пространственного заряда.,

Работа полупроводникового прибора на основе МДП-структуры (AI-ZnP-pSd) основана на использовании областей пространственного заряда. Наличие областей пространственного заряда (в общем случае несимметричных), в диэлектрике и полупроводнике дает возможность получать униполярную про водимость и изменять емкость МДП- структуры не только в режиме обеднег НИИ полупроводника, но и в режиме обогащения его, не оставляя эту емкость постоянной. Чтобы взаимосвязь контактирую- щих материалов была значительной, необходимо, чтобы внешние контактные разности потенциалов не были такими малыми, как в прототипе (см. таблицу Соблюдение условий, требующих безраз мерных величин в математической запи си взаимосвязи между параметрами контактирующих материалов, обеспечивающих положительный эффект работы устройства, требует использования отношения величин, например В таблице представлены значения этого отношения Для МДП-структуры М-Zn О- п Si внешняя контактная разность потенциалов больше, но коэффициент выпрямления 10, так как большой вклад дает туннельный механизм токопрохожденйя. Сравнением значений можно установить нижнюю границу. Вследствие аддитивности потенциала изгиб зон f в диэлектрике приблизительно равен дФ -лФ (.так как некоторая часть йФ2 приходит ся на полупроводник). Для МДП-структуры А1.-ZnO-pSi 0,74 эВ. Изгиб зон не может быть очень большим, так как тогда возможен пробой между полупроводником и диэлектриком. Учитывая, что предельная поверхностная концентрация N подвижных носителей порядка 10 -10 см, может быть оценен изгиб зон Ч : N-(nQexp-cr/kT)3 где Пд- равновесная концентрация носителей в объеме полупроводника;Т - абсолютная температура; К - постоянная Больцмана, Для ZnO По Ю-всм З, 4-i,b эВ. Таким образом верхняя граница ЛФ2 ,2. Однако внешняя контактная разность потенциалов недостаточна для достижения поставленной цели. Достаточной является внутренняя контактная разность потенциалов. Так как вероятность заброса пропорциональна -V -, то внутренняя контактная елрразность потенциалов не должна быть такой большой, как в прототипе. Габлица дает возможность установить пределы возможного изменения t , . Проверка работы МДП-структуры Al-ZnO-pSi осуществлялась с использованием следующих параметров: толщина пленки окиси цинка 560 А, толщина р Si пластины;- с р-10.0 ом .-см 300 мкм, площадь диода 2-1П см . Вольт-амперные характеристики измерялись с помощью стандартной аппаратуры, состоящей из источника напряжения АМ1Ц.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 ITO-AO. ИзмеpeHi e проводилось до методике, изложенной в инструкции по эксплуатации к указанной аппаратуре. Результаты измерений представлены на чертеже, где на фиг. 1 даны вальтамперные характеристики: для кремния р-типа проводимости 1, а для кремния п-типа проводимости 2; на . 2 даны вольт-фарадные характеристики: для кремния п-типа проводимости 3 и для кремния п-типа проводимости 4. Коэффициент выпрямлении . Форма вольт-фарадной характеристики отличается от известной и имеет куполообразную форму, что создает дополнительные возможности для применения в микроэлектронике. Использование изобретения позво-лит получать полупроводниковые приборы с большим коэффициентом выпрямления и куполообразной нольт-фарадной характеристикой.