Слой обогащения

Слой обогаще́ния (также: обогащённый слой, или о́бласть обогащения) — область в полупроводнике около его поверхности или стыка с другим материалом, концентрация основных носителей заряда в которой больше, чем в равновесном состоянии полупроводника. Типичная толщина этого слоя составляет несколько нанометров.

Определение по ГОСТПравить

Согласно ГОСТ 15133-77^[1], обогащённый слой определяется как

слой полупроводника, в котором концентрация основных носителей заряда больше разности концентрации ионизованных доноров и акцепторов.

Структуры с обогащённым слоемПравить

Обогащенный слой в полупроводнике n-типа. 1 - металл, 2 - диэлектрик, 3 - обогащенный основными носителями слой, 4 - полупроводник n-типа

Чаще всего изучается обогащённый слой в МОП-структуре (МОП = Металл — Оксид — Полупроводник), формирующийся при приложении достаточно высокого прямого ("-" на металл в случае подложки p-типа, или "+" на металл для n-подложки, см. рис.) напряжения. Данный режим работы МОП-структуры называется режимом обогащения или аккумуляции.

Поскольку МОП-структура может являться составной частью важнейшего прибора твердотельной электроники — полевого транзистора, изучение её работы в различных условиях, в том числе в режиме аккумуляции, весьма актуально (хотя наиболее значим режим инверсии).

Кроме того, обогащённый слой может создаваться у гетерограниц в структурах из нескольких полупроводников с разными энергиями сродства к электрону и/или разной шириной запрещённой зоны.

Свойства обогащённого слояПравить

Обогащённый слой в полупроводнике n-типа формируется электронами, а в полупроводнике p-типа — дырками.

Толщина обогащённого слоя зависит от материала, концентрации примесных атомов и величины приложенного поля. Характерные значения составляют 2—5 нм. Типичные величины напряжённости поперечного электрического поля — 10⁶—10⁷ В/см, плотности носновных носителей лежат в диапазоне 10¹¹—10¹³ см^-2.

Движение носителей в перпендикулярном направлении квантуется. Распределение потенциала в обогащённом слое и вблизи него рассчитывается путём самосогласованного решения уравнений Шрёдингера и Пуассона. При этом оказывается, что максимум плотности заряда смещён от интерфейса примерно на 1 нм, а дно нижней подзоны может отстоять от минимума потенциальной энергии в приповерхностной яме на величину до 0.5 эВ. За счёт квантования снижается плотность состояний, по сравнению с трёхмерным случаем^[2].

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

↑ ГОСТ 15133-77 Приборы полупроводниковые. Термины и определения
↑ T. Андо , A. Фаулер , Ф. Стерн . Электронные свойства двумерных систем. М.: Мир, 1985. — 416 с. (см. гл. 3)

ЛитератураПравить

Грибников 3. С., Пудалов В. М. Инверсионный слой // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Добротность — Магнитооптика. — 704 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-061-4.

[gost-1] ГОСТ 15133-77 Приборы полупроводниковые. Термины и определения

[2] T. Андо , A. Фаулер , Ф. Стерн . Электронные свойства двумерных систем. М.: Мир, 1985. — 416 с. (см. гл. 3)

[1]

[2]