к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

МДП-структура

МДП-структура (металл - диэлектрик - полупроводник) - структура, образованная ' пластиной полупроводника П, слоем диэлектрика Д на одной из её поверхностей и металлич. электродом (затвором M, рис. 1). При подаче на МДП-с. напряжения V в полупроводнике вблизи границы с диэлектриком возникает электрич. поле. Оно перераспределяет заряды в полупроводнике, изменяя концентрацию носителей заряда вблизи поверхности, и, следовательно, изменяет электропроводность приповерхностного слоя полупроводниковой пластины (см. Поля эффект). Свойства МДП-с. впервые исследовали амер. физики У. Шокли (W. Shockley) и Дж. Л. Пирсон (G. L. Pearson).


3015-25.jpg


Рис. 2. Энергетическая диаграмма МДП-струк-туры на основе полупроводника р-типа при отсутствии напряжения V на затворе. Заштрихованы состояния, занимаемые электронами при T = 0 K; F - работа выхода металла; 3015-30.jpg - энергия электрона в вакууме; 3015-31.jpg- потолок валентной зоны;3015-32.jpg- дно зоны проводимости; 3015-33.jpg- уровень Ферми;3015-34.jpg- ширина запрещённой зоны полупроводника.


3015-35.jpg


Энергетич. диаграмма МДП-структуры изображена на рис. 2 с полупроводником n-типа. При3015-26.jpgзоны не изогнуты. Если 3015-27.jpg, то возникает изгиб зон; здесь возможны три случая. Если3015-28.jpgто изгиб зон "вверх" (рис. 3, я) приводит к увеличению числа дырок у поверхности полупроводника, т. к. их концентрация 3015-29.jpg (T - темп-pa). Вблизи поверхности полупроводника формируется слой, обогащённый осн. носителями (см. Контактные явления в полупроводниках). При3015-36.jpg зоны изгибаются "вниз" (рис. 3, б)и в приповерхностной области уменьшается число осн. носителей (обеднённый слой). При дальнейшем увеличении положит, напряжения зоны изгибаются столь сильно, что середина запрещённой зоны вблизи поверхности опускается ниже 3015-40.jpg (рис. 3, в). С этого момента концентрация электронов превышает концентрацию дырок (инверсионный слой).


3015-37.jpg3015-39.jpg

Рис. 3. Энергетическая диаграмма МДП-структуры на основе полупроводника р-типа при V < 0 (а), V> 0 (б), V >0 и

3015-38.jpg (в).

Рис. 4. Участок зонной диаграммы приповерхностной области МДП-структуры (рис. 3, е) в режиме сильной инверсии;3015-43.jpg- середина запрещённой зоны; 3015-44.jpg-- электростатический потенциал; заштрихованы состояния, занятые электронами при3015-45.jpgК.


3015-46.jpg


При сильной инверсии, когда дно зоны проводимости 3015-41.jpg опускается ниже3015-42.jpg (рис. 4), концентрация электронов в инверсионном слое слабо зависит от температуры T, а проводимость3015-47.jpgинверсионного слоя приобретает моталлич. характер: 3015-48.jpg Инверсионный слой отделён от объёма полупроводника обеднённым слоем, где имеется фиксиров. заряд, связанный с донорами и акцепторами, а концентрация электронов и дырок мала.

Слой пространственного заряда в МДП-структуре

Характеристикой изгиба зон служит электростататический потенциал 3015-49.jpg, который изменяется от 0 в объёме ника до значения 3015-50.jpg на его поверхности3015-51.jpg. При высоких темп-pax и слабой инверсии концентрация электронов ге и дырок r в слое экспоненциально зависит от3015-52.jpg:

3015-53.jpg

где 3015-54.jpg- равновесные концентрации электронов и дырок в объёме полупроводника. При сильной инверсии и понижении температуры в инверсионном слое возникает ферыиевское вырождение газа электронов (или дырок).

Ёмкость МДП-структуры. Из условия электро-пейтральности МДП-с. следует, что заряд на метал-лич. затворе Q равен сумме заряда в инверсионном слое 3015-55.jpg и заряда ионизованных акцепторов ц доноров в обеднённом слое полупроводника


3015-56.jpg


Здесь W - толщина обеднённого слоя, Na и N'д - концентрации соответственно акцепторов и доноров в объёме полупроводника, е - элементарный заряд.

Полное напряжение V, приложенное к МДП-с., распределяется между слоем диэлектрика и слоем пространственного заряда в полупроводнике; МДП-с. можно рассматривать как последоват. соединение 2 конденсаторов. Дифференц. ёмкость на единицу площади 3015-57.jpg определяется соотношением

3015-58.jpg

где 3015-59.jpg-ёмкость диэлектрика, 3015-60.jpg - дифференц. ёмкость полупроводника.

При V < 0 (режим обогащения) ёмкость3015-61.jpg и полная ёмкость С близка к Сдиэл (рис. 5). При 3015-62.jpg (обеднение) область обеднения служит добавочным слоем диэлектрика и ёмкость МДП-с. падает. В области инверсии (V > 0) дифференц. ёмкость образовавшегося инверсионного слоя намного превышает ёмкость диэлектрика и С ~ Сдиэл.


3015-63.jpg

Это означает, что почти весь заряд, вводимый в МДП-с., при дальнейшем увеличении V (при сильной инверсии) сосредоточивается в инверсионном слое.

То же самое происходит и при низких теми-рах 3015-64.jpg , когда проводимость в объёме

полупроводника становится исчезающе малой ("вымерзает"): при изменении V заряд обеднённого слоя не успевает измениться и равновесие между объёмом полупроводника и инверсионным слоем практически не устанавливается. В этом случае для изменения заряда инверсионного слоя необходим омический контакт непосредственно с ним. В обоих случаях концентрация носителей заряда в инверсионном слое Ns линейно связана с V:

3015-65.jpg

где3015-66.jpg- т. н. пороговое напряжение, зависящее от физических свойств границы диэлектрик - полупроводник.

В реальной МДП-с. вблизи границы раздела существуют связанные электронные состояния, непрерывно распределённые по энергии в пределах запрещённой зоны (обусловленные дефектами кристаллич. решётки, примесными ионами и т. д., концентрирующимися вблизи границы раздела полупроводник - диэлектрик). Перезарядка этих состояний при изменении V может происходить с разл. скоростью, поэтому в случае переменного V т. н. вольт-фарадные характеристики реальных МДП-с. зависят от его частоты.

Кремниевая МОП-структура

Наиболее распространена кремниевая МДП-структура, в которой слоем диэлектрика слугкит SiO2 (МОП-структура, от металл - окисел - полупроводник). Её достоинства - малая концентрация связанных электронных состояний на границе Si - SiO2 (1010-1011 см-2) и высокая электрическая прочность SiO2, благодаря чему концентрация носителей может достигать 1013 см-2. Кремниевая МОП-структура является основой МОП-транзисторов - приборов с зарядовой связью. Она является также объектом физ. исследований благодаря тому, что тонкий приповерхностный инверсионный слой представляет собой квантовую двумерную электронную систему с электрически управляемой энергией Ферми (или концентрацией носителей). На МДП-с. были обнаружены и изучаются такие явления, как андерсеновская локализация, квантовый Холла эффект, отрицат. магнетосопротивление, квантовые осцилляции хим. потенциала и др.

Помимо кремниевой МДП-с. используют и изучают МДП-с. на основе Ge, InSb, GaAs и др.

Литература по МДП-структурам

  1. 3и С., Физика полупроводниковых приборов, пер. с англ., кн. 1-2, M., 1984;
  2. Андо Т., Fаулер А., Стерн F., Электронные свойства двумерных систем, пер. с англ., M., 1985.

В. M. Пудалов

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 22.09.2019 - 08:27: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
22.09.2019 - 08:22: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Галины Царёвой - Карим_Хайдаров.
21.09.2019 - 11:36: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
20.09.2019 - 19:50: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
20.09.2019 - 04:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
18.09.2019 - 12:08: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
18.09.2019 - 06:01: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Л.Г. Ивашова - Карим_Хайдаров.
17.09.2019 - 05:51: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ФАЛЬСИФИКАЦИЯ ИСТОРИИ - Карим_Хайдаров.
17.09.2019 - 05:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Тиртхи - Карим_Хайдаров.
16.09.2019 - 03:11: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
14.09.2019 - 18:23: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
13.09.2019 - 09:08: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution