Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
[22, 23]. Лазерное излучение высокой интенсивности (импульсная генерация
рубинового лазера или непрерывная генерация аргонового лазера) способно
устранить нарушения кристаллической решетки, вызванные ионной
имплантацией, а также рекристаллизовать аморфные полупроводниковые
пленки. Потенциальные преимущества лазерного процесса обработки состоят в
следующем: 1) в управлении глубиной расположения отжигаемого слоя и
профиля примеси за счет избирательного поглощения лазерного излучения и
времени действия лазерного импульса или сканирования луча. Особенность
лазерного излучения заключается в возможности активировать
имплантированную примесь без ее перераспределения; 2) в высокой степени
локализации процесса обработки вплоть до микронных масштабов, поскольку
луч лазера допускает фокусировку до таких размеров; 3) В ре-
Плоскостные диоды 79
кристаллизации материала из аморфного слоя на кристаллической подложке
или образовании поликристаллических пленок с большим размером зерна из
пленок, нанесенных на изоляторы.
Практически большинство примесных профилей в р-п-переходах можно отнести
к одному из двух предельных случаев: резкому переходу со ступенчатым
распределением примеси и плавному переходу с линейным распределением
примеси (рис. 8). Ступенчатая аппроксимация обеспечивает адекватное
приближение для сплавных переходов, мелких диффузионных переходов и
ионно-имплантированных переходов. Линейная аппроксимация пригодна для
глубоких диффузионных переходов.
В результате планарного процесса возникает еще одно важное явление. При
образовании р-"-перехода путем диффузии через
-W/2
-z
Рис, 8. Аппроксимированное распределение примеси.
л^П-Резки(r) переход со ступенчатым распределением; б - плавный переход с
линейный распределением.
80
Глава 2
а
Р
''У'УУ/У'^ изолятора
П
ъ>
п
Цилиндрическая
о&ласть
Плоская область Ссрерическая одласть
Рис. 9. Форма р - я-перехода, полученного путем планарного диффузионного
процесса (а) (г/ - радиус кривизны) и образование областей приблизительно
цилиндрической и сферической формы при диффузии через прямоугольное окно
в маске (б) [24].
окно в изолирующем слое примеси диффундируют не только в глубь
полупроводника, но и в боковых направлениях. Поэтому боковые границы
плоскостного р-n-перехода имеют приблизительно ци-линдрическую форму
(рис. 9, а) [24]. Кроме того, если в защитной маске имелись острые углы,
то форма р-п- перехода вблизи них будет близка к сферической (рис. 9, б).
Сферические и цилиндрические области оказывают существенное влияние на
работу р-/г-перехода, особенно в режиме лавинного умножения [25],
рассматриваемого в разд. 2.5.
2.3* ОБЕДНЕННЫЙ СЛОЙ И БАРЬЕРНАЯ ЕМКОСТЬ
2,3.1. Резкий переход
Диффузионный потенциал и ширина обедненного слоя* Для резкого
(ступенчатого) перехода характерно резкое изменение концентрации примесей
в полупроводнике (от концентрации доноров ND до концентрации акцепторов
NA) (рис. 10, а). В частности, если NA Nd, то резкий р+-я-переход
оказывается несиммё-
Плоскостные диоды
81
тричным. Вначале рассмотрим такой переход в состоянии теплового
равновесия, когда отсутствует приложенное напряжение и не протекает ток.
Из уравнений (33) и (93а) гл. 1 следует
^ = 0=W"(^r + -f--f?-) = (Vi-^> (5)
область
Обедненная <- область
7 )
(c) (c) (c) (c)'^ (c) (c) (c) (c) 1 (c) (c) ф (c) |\
а у (c)(c)0
'00(c)
Концентрация акцепторов I(c)(c)(c)
Г- /7- -V
область
^Концентрация доноров
в
Плотность эаря~ доб^ ионизированной примеси
Площадь -Контактный потенциал
т у1'
х
Ес
Рис. 10. Резкий переход при тепловом равновесии.
в - распределение пространственного заряда. Штриховыми линиями обозначены
"хвосты* распределения основных носителей; б -* распределение
электрического поля; i -" изменение потенциала с расстоянием (Vы -
контактная разность потенциалов)? г вйнная диаграмма.
82
Глава 2
ИЛИ
т?- 0. (5а)
Аналогично
/,-0-^-^. (6)
Таким образом, равенство нулю электронного и дырочного токов ведет к
постоянству уровня Ферми во всем объеме образца. Контактная разность
потенциалов Vbi (рис. 10, б, г) определяется выражением
qVbi -Et- (qVn + qVp) = kT In ~[kT\n (-^) +
kT In (-^-)] = Win / ~ kT In (^p)• (7)
Поскольку в равновесии tinoPfp = nPopPo = пЬ
^=fln(^) = fln(^)- <7a>
Выражение (7a) связывает концентрации дырок и электронов по обе стороны
перехода:
Рпо = ехр ( - , (8а)
- ^(10
exp (--pi). (86)
При ближенные значения Vbi для несимметричных резких р-ft-переходов в Ge,
Si и GaAs приведены на рис. 11.
При тепловом равновесии электрическое поле в нейтральных областях
полупроводника (достаточно далеко удаленных от перехода) равно нулю.
Поэтому общий отрицательный заряд на единицу площади в ^-области перехода
в точности равен общему положительному заряду на единицу площади в ft-
области перехода:
Nа%р = N Dxn. (9)
Из уравнения Пуассона получим (для резкого перехода)
~ 1ЯГ = "15Г = = [р ^ " п М + М " NX
или
^2 у
- для 0<*<*п, (Юа)
1na Для -хр<х< 0. (106)
