Кіріспе

Жартылай өткізгіш материалдар мен құрылғыларды сипаттау техникасы
Сыйымдылық-кернеу профильдеуі (немесе C–V профильдеуі, кейде CV профильдеуі) – жартылай өткізгіш материалдар мен құрылғыларды сипаттауға арналған техника. Қолданылатын кернеу өзгертіледі, ал сыйымдылық кернеуге тәуелділік ретінде өлшеніп, графиктік түрде бейнеленеді. Бұл техника металл-жартылай өткізгіш торабын (Шотки кедергісі), p–n торабын немесе MOSFET-ті пайдаланып, өткізгіш электрондар мен тесіктерден бос, бірақ иондалған донорлар мен электрлік белсенді ақаулар немесе тұзақтар болуы мүмкін, аймақты – қырыну аймағын құру үшін қолданылады. Ішінде иондалған зарядтары бар қырыну аймағы конденсатор сияқты қасиет көрсетеді. Торапқа қолданылатын кернеуді өзгерту арқылы қырыну енін өзгертуге болады. Қырыну енінің қолданылатын кернеуге тәуелділігі жартылай өткізгіштің ішкі сипаттамалары, мысалы, оның допингтік профилі және электрлік белсенді ақаулар тығыздығы туралы ақпарат береді. Өлшемдер тұрақты ток (DC) режимінде, немесе тұрақты ток пен кішкентай сигналды айнымалы ток (AC) сигналын қолдана отырып (өткізгіштік әдісі), немесе үлкен сигналды өтпелі кернеуді пайдалана отырып жүргізілуі мүмкін.

Қолдану

Көптеген зерттеушілер жартылай өткізгіш параметрлерін анықтау үшін, әсіресе MOSCAP және MOSFET құрылымдарында, сыйымдылық-кернеу (C–V) сынағын қолданады. Дегенмен, C–V өлшемдері басқа да жартылай өткізгіш құрылғылар мен технологияларды сипаттау үшін де кеңінен қолданылады, соның ішінде биполярлы тоқтап тұратын транзисторлар, JFET, III–V қосылыс құрылғылары, фотоэлектрлік элементтер, MEMS құрылғылары, органикалық жұқа пленкалық транзистор (TFT) дисплейлері, фотодиодтар және көміртекті нанотүтіктер (CNT). Бұл өлшемдердің негізгі мәні оларды зерттеу міндеттері мен салаларының кең ауқымында қолдануға мүмкіндік береді. Мысалы, зерттеушілер оларды университеттер мен жартылай өткізгіш өндірушілердің зертханаларында жаңа процестерді, материалдарды, құрылғыларды және тізбектерді бағалау үшін пайдаланады. Бұл өлшемдер өнімді және түсімді арттыру инженерлері үшін өте құнды, олар процестерді және құрылғылардың өнімділігін жақсартуға жауапты. Сенімділік инженерлері осы өлшемдерді қолданатын материалдардың жеткізушілерін аттестаттау, процестердің параметрлерін бақылау және ақау механизмдерін талдау үшін пайдаланады. Тиісті әдістемелер, құралдар және бағдарламалық жасақтамамен C–V өлшемдерінен жартылай өткізгіш құрылғылар мен материалдардың көптеген параметрлерін алуға болады. Бұл ақпарат жартылай өткізгіш өндіріс тізбегі бойына қолданылады және эпитаксиялық өсірілген кристалдарды бағалаудан басталады, соның ішінде орташа допингтік концентрация, допингтік профильдер және тасымалдаушылардың өмір сүру уақыты сияқты параметрлер. C–V өлшемдері оксид қалыңдығын, оксид зарядтарын, жылдам иондардан болатын ластануды және пластина процестеріндегі интерфейстік тұтқырлықтың тығыздығын анықтай алады. Әртүрлі оксид қалыңдықтары бар ірі MOSFET үшін nanoHUB-та жасалған C–V профилі. Қызыл сызық төмен жиілікті, ал көк сызық жоғары жиілікті C–V профилін көрсетеді. Оксид қалыңдығының өзгеруіне байланысты шекті кернеудің ығысуына назар аударыңыз. Бұл өлшемдер литография, тегістеу, тазалау, диэлектрлік және поликремний жабыну және металдандыру сияқты басқа процестер орындалғаннан кейін де маңызды болып қалады. Құрылғылар толықтай дайын болғаннан кейін, C–V профильдеуі жиі сенімділік және негізгі құрылғыларды сынау кезінде шекті кернеулерді және басқа параметрлерді сипаттау үшін, сондай-ақ құрылғылардың жұмысын модельдеу үшін қолданылады. C–V өлшемдері Электрондық аспаптардың сыйымдылық-кернеу өлкіштерін пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Олар алынған C–V графиктері арқылы жартылай өткізгіш құрылғылардың допингтік профильдерін талдау үшін қолданылады.

Металл оксидінің жартылай өткізгіш құрылымының СV сипаттамалары

Металл-оксид-жартылай өткізгіш құрылымы MOSFET-тің өте маңызды бөлігі болып табылады, ол шлюз оксиді арқылы арнадағы потенциалдық кедергінің биіктігін реттейді. N-арналы MOSFET-тің жұмысын үш аймаққа бөлуге болады, олар төменде көрсетілген және оң жақ суретпен сәйкес келеді.

Тоқтату

Металға шамалы оң кернеу қосылғанда, валенттілік жолағының шегі Ферми деңгейінен қашықтатады, ал денеден тесіктер қақпадан ығыстырылады, нәтижесінде заряд тасымалдаушылардың тығыздығы төмендейді, сондықтан сыйымдылық төмен болады (суреттің оң жағындағы төмендік).

Инверсия

Егер есік потенциалы одан да жоғары болса, жартылай өткізгіш бетіне жақын өткізгіштік жолағының шегі Ферми деңгейіне жақындап, жартылай өткізгіш пен оксид арасындағы интерфейсте инверсиялық қабатты немесе n-арнаны электрондармен толтырады. Бұл оң суреттің оң жағында көрсетілгендей, сыйымдылықтың өсуіне алып келеді.

Жинақтау

Теріс қақпа-көз кернеуі (оң көз-қақпа) қолданылғанда, n аймағының бетінде p арнасы пайда болады, бұл n арнасының жағдайына ұқсас, бірақ зарядтар мен кернеулердің полярлығы қарама-қарсы. Ойықтар тығыздығының артуы сыйымдылықтың артуына сәйкес келеді, бұл оң суреттің сол жағында көрсетілген.