SU997581A1 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
SU997581A1
SU997581A1 SU813302433A SU3302433A SU997581A1 SU 997581 A1 SU997581 A1 SU 997581A1 SU 813302433 A SU813302433 A SU 813302433A SU 3302433 A SU3302433 A SU 3302433A SU 997581 A1 SU997581 A1 SU 997581A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
dielectric
semiconductor
difference
layers
conduction band
Prior art date
Application number
SU813302433A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.М. Свердлова
М.А. Попов
М.В. Прохожева
Original Assignee
Научно-Исследовательский Институт Механики И Физики При Саратовском Ордена Трудового Красного Знамени Государственном Университете Им.Н.Г.Чернышевского
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-Исследовательский Институт Механики И Физики При Саратовском Ордена Трудового Красного Знамени Государственном Университете Им.Н.Г.Чернышевского filed Critical Научно-Исследовательский Институт Механики И Физики При Саратовском Ордена Трудового Красного Знамени Государственном Университете Им.Н.Г.Чернышевского
Priority to SU813302433A priority Critical patent/SU997581A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU997581A1 publication Critical patent/SU997581A1/en

Links

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР на основе МДП-структуры, содержащей слой полупроводника, диэлектрика и металла, отличающийс  тем, что, с целью поввдиени  коэффициента выпр млени  и получени  куполообразной вольт-фарадной характеристики , слои выполнены из материала, удовлетвор ющих следующим соотнс иени м: ,, 3,2 f, iJ&2 где разность работ выхода между сло ми диэлектрика и металла; ЛФ2 разность работ выхода между диэлектрика и полупроводника; Л - разность энергий уровн  Ферм  и дна зоны проводимости диэлектрика;g Л, - разность энергий уровн  Фер (Л ми и дна зоны проводимости полупроводника. СО х СП 00A SEMICONDUCTOR DEVICE based on a MIS structure containing a semiconductor, dielectric and metal layer, characterized in that, in order to influence the straightening coefficient and obtain a domed capacitance-voltage characteristic, the layers are made of a material that satisfies the following relations:, 3 , 2 f, iJ & 2 where the difference of the work function between the layers of the dielectric and the metal; LF2 is the difference of the work output between the dielectric and the semiconductor; L is the difference between the energies of the Ferm level and the bottom of the conduction band of the dielectric; g L is the difference between the energies of the Fer level (L m and the bottom of the conduction band of the semiconductor. CO x SP 00

Description

Изобретение относитс  к области полупроводниковой микроэлектроники и может быть использовано при соэда НИИ полупроводниковых приборов на основе МДП- структур.The invention relates to the field of semiconductor microelectronics and can be used in the case of a research institute for semiconductor devices based on MIS structures.

Известен MJin-диод; состо щий из сло  металла (М), сло  диэлектрика (Д , Е качег тве которого вз т слой нелинейного полупроводникового сопротивлени , и сло  полупроводника (П;, в таком диоде промежуточный слой диэлектрика И1рает активную, однако, не зависимую от полупроводника роль. Коэффициент Е1Ыпр млени  такого диода низок, так как не учтена взаимосв зь конструктивных параметров использованных материалов, например работы выхода L 1 J :,Known MJin-diode; consisting of a metal (M) layer, a dielectric layer (D, E of which a nonlinear semiconductor resistance layer is taken), and a semiconductor layer (P ;, the intermediate dielectric layer I1rath in such a diode is active, however, independent of the semiconductor role. Coefficient The type of diode is low because the interrelationship of the design parameters of the materials used, such as the work function L 1 J, is not taken into account:

Наиболее близким.по технической сущности к изобретению  вл етс  2 полупроводниковый прибор на основе МДП-структуры г содержащей слои полупроводника , диэлектрика и металла. В качестве диэлектрического сло  в полупроводниковом приборе используетс  Ag.,0, .The closest to the technical nature of the invention is a 2 semiconductor device based on a MIS structure containing layers of a semiconductor, a dielectric, and a metal. Ag., 0,. Is used as a dielectric layer in a semiconductor device.

Однако такой прибор об.п адает недостаточным коэффициентом выпр мл е и и   ,However, such a device has an insufficient rectifier coefficient and,

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

Целью изобретени   вл етс  повышение коэффициента выпр млени  и получение куполообразнсзй вольт-фарадной характеристики .The aim of the invention is to increase the rectification rate and obtain dome-shaped volt-farad characteristics.

Поставленна  д.ости1-аетс  ем, что в предложенном полупроводниковом приборе на основе МДП-структуры , содержащем слои полупровсдника , диэлектрика и металла, слои выполнены из материалов, удовлетвор ющих следукзцим соотношени м: 3,2It is stated that in the proposed semiconductor device based on a MIS structure containing layers of a semiconducting dielectric and a metal, the layers are made of materials that satisfy the following relations: 3.2

1,7 fW2 1.7 fW2

где и Ф - разность работ выхода слоев диэлектрика и металла; ЛФ2 - разность работ выхода слоев диэлектрика и полупроводника;where f is the difference between the work functions of the dielectric and metal layers; LF2 is the difference between the work functions of the dielectric and semiconductor layers;

разность энергий уровн  level energy difference

а, Ферми и дна зоны проводимости диэлектрика; разность энергий уровн  a, Fermi and the bottom of the conduction band of the dielectric; level energy difference

2Ферми и дна зоны проводимости полупроводника. Изобретение по сн етс  таблицей и чертежом, где в таблице представлены энергетические параметры (&Ф, йФ2,-Л2- ЗНуч-ренНЯ  контактна  разность потенциалов, К - коэффициент выпр млени ) Si j й1-2пО-п Si ,16-6,136,22-4.16 -6066 22-4,16-2,06 2 Fermi and bottom of the semiconductor conduction band. The invention is explained in the table and the drawing, where the table shows the energy parameters (& F, jF2, -L2-ZNuch-nennya contact potential difference, K - rectification factor) Si j y1-2n-Si, 16-6,136, 22-4.16 -6066 22-4,16-2,06

4, % 0,2 j6,22-4,,326,22-4,28 1,944% 0.2 j6.22-4, 326.22-4.28 1.94

2, 1,6 i;62, 1.6 i; 6

и ,08с, 9 2 0; 3and, 08c, 9 2 0; 3

2,420,68 1,32,420,68 1,3

057i,56 .06057i, 56 .06

ii, 2o1,- 3,3ii, 2o1, - 3.3

Внешн   контактна  разность потенциалов , распредел  сь г-кгжду контактирующими материалалЕ J приводит к образованию областей пространственного зар да (ОПЭ), искривлению зон а полупроводнике и диэлектрике. Так как удельное сопротивление диэлектрика много больше удельного сопротивлени  металла и больше удель ного сопротивлени  полупроводника, йФ-/%1где О, - зар д электрона) сосредоточен на диэлектрике,., тогда как р а спр едел   е т с   между пол у пр о водником и диэлектриком, Внутренн   контактна  разность потенциалов дл  электронов (как и дл  дырок) дает возможность управл ть при приложении напр жени  забросом в зоны проводимости и валентностью иэлектрика носителей, которые принимают участие в токопереносе и формировании областей пространственного зар да.,An external contact potential difference, which is distributed by contacting materials J to r-C, leads to the formation of spatial charge regions (PE), the curvature of the zones in the semiconductor and the dielectric. Since the resistivity of a dielectric is much greater than the resistivity of a metal and greater than the resistivity of a semiconductor, rf - /% 1, where O, is the charge of an electron) is concentrated on the dielectric,. Whereas the question is between the floor and a dielectric, the internal contact potential difference for electrons (as well as for holes) makes it possible to control when a voltage is applied to a conduction voltage and a valence and electric carriers that are involved in the current transfer and the formation of simple regions Charges

Работа полупроводникового прибора на основе МДП-структуры (AI-ZnP-pSd) основана на использовании областей пространственного зар да. Наличие областей пространственного зар да (в общем случае несимметричных), в диэлектрике и полупроводнике дает возможность получать унипол рную про водимость и измен ть емкость МДП- структуры не только в режиме обеднег НИИ полупроводника, но и в режиме обогащени  его, не оставл   эту емкость посто нной. Чтобы взаимосв зь 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 взаимосв зи между параметрами контактирующих материалов, обеспечивающих положительный эффект работы устройства, требует использовани  отношени  величин, например В таблице представлены значени  этого отношени  Дл  МДП-структуры М-Zn О- п Si внешн   контактна  разность потенциалов больше, но коэффициент выпр млени  10, так как большой вклад дает туннельный механизм токопрохожденй . Сравнением значений можно установить нижнюю границу. Вследствие аддитивности потенциала изгиб зон f в диэлектрике приблизительно равен дФ -лФ (. так как некотора  часть йФ2 приходит с  на полупроводник). Дл  МДП-структуры А1.-ZnO-pSi 0,74 эВ. Изгиб зон не может быть очень большим, так как тогда возможен пробой между полупроводником и диэлектриком. Учитыва , что предельна  поверхностна  концентраци  N подвижных носителей пор дка 10 -10 см, может быть оценен изгиб зон Ч : N-(nQexp-cr/kT)3 где Пд- равновесна  концентраци  носителей в объеме полупроводника; Т - абсолютна  температура; К - посто нна  Больцмана, Дл  ZnO По Ю-всм З, 4-i,b эВ. Таким образом верхн   граница ЛФ2 ,2. Однако внешн   контактна  разность потенциалов недостаточна дл  достижени  поставленной цели. Достаточной  вл етс  внутренн   контактна  разность потенциалов. Так как веро тность заброса пропорциональна -V -, то внутренн   контактна  елрразность потенциалов не должна быть такой большой, как в прототипе. Габлица дает возможность установить пределы возможного изменени  t , . Проверка работы МДП-структуры Al-ZnO-pSi осуществл лась 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 измер лись с помощью стандартной аппаратуры , состо щей из источника напр жени  АМ1Ц.У.120 ч., приборов дл  измерени  напр жени  ВК7-3/А4-М2/, тока М-95 с наружным шунтом Р4 и миллиамперметра . Вольт-фарадные характерис тики измер лись с помощью моста Л2-7 с источником напр жени  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: дл  кремни  р-типа проводимости 1, а дл  кремни  п-типа проводимости 2; на . 2 даны вольт-фарадные характеристики: дл  кремни  п-типа проводимости 3 и дл  кремни  п-типа проводимости 4. Коэффициент выпр млении . Форма вольт-фарадной характеристики отличаетс  от известной и имеет куполообразную форму, что создает дополнительные возможности дл  применени  в микроэлектронике. Использование изобретени  позво-лит получать полупроводниковые приборы с большим коэффициентом выпр млени  и куполообразной нольт-фарадной характеристикой.The operation of a semiconductor device based on a MIS structure (AI-ZnP-pSd) is based on the use of spatial charge regions. The presence of spatial charge regions (asymmetric in general) in the dielectric and semiconductor makes it possible to obtain unipolar conductivity and change the capacitance of the MIS structure not only in the depletion mode of the research institute of the semiconductor, but also in the enrichment mode. nnoy. In order for the interconnection of the contacting materials to be significant, it is necessary that the external contact potential differences are not as small as in the prototype (see the table Compliance with conditions that require dimensionless quantities in the mathematical record of the relationship between the parameters of the contacting materials that provide a positive effect the operation of the device requires the use of a ratio of values, for example, the table shows the values of this ratio. For an M-structure of M-Zn O-n Si, the external contact potential difference is large e, but the rectification coefficient is 10, since the tunneling mechanism of the current passage makes a large contribution. By comparing the values, the lower limit can be set. For the MIS structure A.1.1-ZnO-pSi 0.74 eV. The bending of the zones cannot be very large, since breakdown between the semiconductor and the dielectric is then possible. to be oce the bending of the zones H: N- (nQexp-cr / kT) 3 where Pd is the equilibrium carrier concentration in the bulk of the semiconductor; T - absolute temperature; K is the Boltzmann constant, Dl ZnO According to Yu-VSM 3, 4-i, b eV. Thus, the upper limit LF2, 2. However, the external contact potential difference is not sufficient to achieve the goal. Internal contact potential difference is sufficient. Since the drop probability is proportional to -V -, the internal contact potential should not be as large as in the prototype. The gablitz makes it possible to establish the limits of the possible variation of t,. The verification of the operation of the MIS-structure of Al-ZnO-pSi was carried out using the following parameters: thickness of zinc oxide film 560 A, thickness of p Si plate; - with p-10.0 ohm-cm 300 µm, diode area 2-1П cm. Volt-ampere characteristics were measured using standard equipment consisting of an AM1TSU120 h voltage source, BK7-3 / A4-M2 / voltage measuring instruments, M-95 current with an external P4 shunt, and a milliammeter. Voltage-capacitance characteristics were measured using an L2-7 bridge with an ITO-AO voltage source. Measurement was carried out before the procedure described in the instruction manual for the specified equipment. The measurement results are shown in the drawing, where in FIG. 1 shows the current-voltage characteristics: for p-type silicon, 1, and for p-type silicon, 2; on . 2 gives the capacitance-voltage characteristics: for silicon with n-type conductivity 3 and for silicon with p-type conductivity 4. Rectification coefficient. The shape of the capacitance-voltage characteristic differs from that known and has a dome-shaped shape, which creates additional possibilities for application in microelectronics. The use of the invention makes it possible to obtain semiconductor devices with a high rectifying coefficient and a dome-shaped voltage-capacitance characteristic.

Claims (4)

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР на основе МДП-структуры, содержащей слой полупроводника, диэлектрика и металла, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента выпрямления и получения куполообразной всльт-фарадной характеристики, слои выполнены из материале», удовлетворяющих следующим соотноше ни ям:SEMICONDUCTOR DEVICE based on an MIS structure containing a layer of semiconductor, dielectric and metal, characterized in that, in order to increase the rectification coefficient and obtain a dome-shaped VLTF characteristic, the layers are made of material "satisfying the following ratios: 1,5< < 3,1.5 <<3, 22 1,7 4 Δ 1 !&г < 5-,1.7 4 Δ 1 ! & G <5-, 3 , где 4ф_, - разность работ выхода между слоями диэлектрика и метал ла;3, where 4f_, is the difference between the work functions between the layers of the dielectric and metal; 4<t*2 - разность работ выхода между слоями диэлектрика и полупроводника;4 <t * 2 is the difference in the work function between the layers of the dielectric and the semiconductor; разность энергий уровня Ферми и дна зоны проводимости диэлектрика; £ разность энергий уровня Фер-Г ми и дна зоны проводимости полупроводника.the energy difference between the Fermi level and the bottom of the conduction band of the dielectric; £ the difference in the energies of the Fer-G mi level and the bottom of the semiconductor conduction band. ОABOUT
SU813302433A 1981-06-18 1981-06-18 Semiconductor device SU997581A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813302433A SU997581A1 (en) 1981-06-18 1981-06-18 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU813302433A SU997581A1 (en) 1981-06-18 1981-06-18 Semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU997581A1 true SU997581A1 (en) 1983-12-23

Family

ID=20963485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU813302433A SU997581A1 (en) 1981-06-18 1981-06-18 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU997581A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР № 757060, кл. Н 01 L 29/78, 1980. 2. SeKama CAJ L Egectrochem Soc 1971, 118, 12, pp. 1993-1999 (прототип). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Schiff Low-mobility solar cells: a device physics primer with application to amorphous silicon
CA1093215A (en) Charge-flow transistor and instrument employing the same
Bardeen et al. Surface barriers and surface conductance
JPS5562349A (en) Measuring method for air fuel ratio
Lang et al. Observation of photoinduced changes in the bulk density of gap states in hydrogenated amorphous silicon
Faughnan et al. Determination of carrier collection length and prediction of fill factor in amorphous silicon solar cells
Senturia et al. The charge‐flow transistor: A new MOS device
US20090224820A1 (en) Molecular controlled semiconductor device
US2622117A (en) Photovoltaic device
US4496964A (en) MOSFET Light detecting device having a Schottky junction
Golovanov et al. Different thick-film methods in printing of one-electrode semiconductor gas sensors
Jayadevaiah Semiconductor‐electrolyte interface devices for solar energy conversion
SU997581A1 (en) Semiconductor device
Ponpon et al. Role of oxygen in the mechanism of formation of Schottky diodes
US3990095A (en) Selenium rectifier having hexagonal polycrystalline selenium layer
Yu et al. The junction characteristics of carbonaceous film/n‐type silicon (C/n‐Si) layer photovoltaic cell
Haneman et al. Current-voltage characteristics of surface barrier liquid-junction and metal-junction cells including recombination
US2622116A (en) Thermoelectric device
US3872490A (en) Mechanical - electrical semiconductor transducer with rectifying tin oxide junction
Dylewski et al. The dielectric breakdown properties and I–V characteristics of thin SiO2 films formed by high dose oxygen ion implantation into silicon
Harten The surface recombination on silicon contacting an electrolyte
US2096170A (en) Light-sensitive device
JPS56150877A (en) Photoelectric converter
JPS5948646A (en) Semiconductor charge sensor
JPS63101740A (en) Vertical fet type gas sensor