最新半导体表面和MIS结构课件PPT.ppt 87页

'半导体表面和MIS结构 本章内容：表面态概念表面电场效应MIS结构电容-电压特性硅-二氧化硅系统性质 8.1表面态理想表面：表面层中原子排列的对称性与体内原子完全相同，且表面不附着任何原子或分子的半无限晶体表面。在半导体表面，晶格不完整性使势场的周期性被破坏，在禁带中形成局部状态的能级分布（产生附加能级），这些状态称为表面态或达姆能级。清洁表面的表面态所引起的表面能级，彼此靠得很近，形成准连续的能带，分布在禁带内。 8.2表面电场效应8.2.1空间电荷层及表面势电场电势电子势能表面能带 8.2表面电场效应8.2.1空间电荷层及表面势表面势：空间电荷层两端的电势差为表面势，以Vs表示之，规定表面电势比内部高时，Vs取正值；反之Vs取负值。三种情况：多子堆积、多子耗尽和少子反型。 8.2.2表面空间电荷层的电场、电势和电容规定x轴垂直于表面指向半导体内部，表面处为x轴原点。采用一维近似处理方法。空间电荷层中电势满足泊松方程 其中设半导体表面层仍可以使用经典分布，则在电势为V的x点（半导体内部电势为0），电子和空穴的浓度分别为 在半导体内部，电中性条件成立，故即带入可得 上式两边乘以dV并积分，得到将上式两边积分，并根据 得令德拜长度 分别称为德拜长度，F函数。则式中当V大于0时，取“+”号；小于0时，取“-”号。 在表面处V=Vs，半导体表面处电场强度根据高斯定理，表面电荷面密度Qs与表面处的电场强度有如下关系， 带入可得当金属电极为正，即Vs>0，Qs用负号；反之Qs用正号。 在单位表面积的表面层中空穴的改变量为因为 考虑到x=0，V=Vs和x=∞，V=0，则得同理可得 微分电容单位F/m2。 8.2.3各种表面层状态（1）多数载流子堆积状态（积累层）（1）积累层（Vs<0）外电场背向表面时，电场由体内指向表面，能带向上弯曲，形成空穴势阱，多子空穴被吸引至表面附近，因而表面空穴浓度高于体内，形成多子积累，成为积累层。表面微分电容 8.2.3各种表面层状态（2）平带状态（2）平带（Vs=0）E=0时，能带无弯曲，无空间电荷区。平带电容为 8.2.3各种表面层状态（3）耗尽状态（耗尽层）（3）耗尽层（Vs>0）外电场指向表面时，表面处空穴被排斥走，当空穴势垒足够高时，表面层价带空穴极为稀少，可认为该层多子空穴被耗尽，称为耗尽层。表面微分电容为采用耗尽近似 8.2.3各种表面层状态（4）少数载流子反型状态（反型层，Vs＞0）①开始出现反型层的条件：表面势＝费米势时反型层的条件： 8.2.3各种表面层状态②强反型层出现的条件：Ｐ型衬底表面处的电子密度等于体内的空穴浓度时。强反型层条件： 8.2.3各种表面层状态金属与半导体间加负压，多子堆积金属与半导体间加不太高的正压，多子耗尽金属与半导体间加高正压，少子反型p型半导体 8.2.3各种表面层状态n型半导体金属与半导体间加正压，多子堆积金属与半导体间加不太高的负压，多子耗尽金属与半导体间加高负压，少子反型 §8.3MIS结构的电容-电压特性MIS结构的微分电容理想MIS结构的低频C-V特性理想MIS结构的高频C-V特性实际MIS结构的C-V特性 8.3.1MIS结构的微分电容栅压——VG=VO+VS当不考虑表面态电荷,半导体的总电荷面密度——QS=-QMMIS结构的微分电容——C=dQM/dVG 定义氧化层电容——空间电荷区电容——则有 8.3.2理想MIS结构的低频C-V特性理想MIS结构:金属的功函数与半导体相同（Vms=0）绝缘层中没有电荷存在且绝缘层不导电（Qo=0）半导体与绝缘层接触界面没有表面态（Qss=0）MSI MIS结构的微分电容公式: ①VG<0VS<0表面积累,CS很大,(C/Co)→1,MIS结构的电容呈现为 ②VG=0,VS=0平带状态，归一化平带电容 ③VG>0,0VT,VS>2VB表面强反型,CS很大,(C/Co)→1阈值电压(开启电压)[半导体表面刚达到强反型时所加的栅压]归一化电容 8.3.3理想MIS结构的高频C-V特性♦表面积累,表面耗尽,高低频特性一样♦VG>VT，VS>2VB,表面强反型高频时,反型层中电子的增减跟不上频率的变化,空间电荷区电容呈现的是耗尽层电容最小值 ♦MIS结构的电容也呈现最小值——不再随偏压VG呈现显著变化 深耗尽状态当偏压VG的变化十分迅速,且其正向幅度大于VT,则:即使表面势VS>2VB,反型层也来不及建立,耗尽层宽度随偏压幅度的增大而增大--深耗尽状态 当表面处于深耗尽--随VG增加,d增加(>dM),MOS结构的电容不再呈现为最小值. 8.3.4实际MIS结构的C-V特性(1)功函数差异的影响平带电压——为了恢复半导体表面平带状态需要加的电压.考虑功函数差异的影响:VFB=-Vms (2)绝缘层中电荷的影响当绝缘层处有一薄层电荷,其面电荷密度为 当绝缘层中有分布电荷则有:其中,氧化层中总有效电荷面密度 8.4Si-SiO2系统的性质1.二氧化硅中的可动离子2.二氧化硅中的固定表面电荷3.在硅–二氧化硅界面处的快界面态4.二氧化硅中的陷阱电荷 8.4.1二氧化硅中的可动离子二氧化硅中的可动离子有Na、K、H等，其中最主要而对器件稳定性影响最大的是Na离子。来源：使用的试剂、玻璃器皿、高温器材以及人体沾污等为什么SiO2层中容易玷污这些正离子而且易于在其中迁移呢？ 二氧化硅结构的基本单元是一个由硅氧原子组成的四面体，Na离子存在于四面体之间，使二氧化硅呈现多孔性，从而导致Na离子易于在二氧化硅中迁移或扩散。由于Na的扩散系数远远大于其它杂质。根据爱因斯坦关系，扩散系数跟迁移率成正比，故Na离子在二氧化硅中的迁移率也特别大。 温度达到100摄氏度以上时，Na离子在电场作用下以较大的迁移率发生迁移运动。 作偏压–温度实验，可以测量二氧化硅中单位面积上的Na离子电荷量：单位面积钠离子电荷数： 可动钠离子对器件的稳定性影响最大（1）漏电增加，击穿性能变坏（2）平带电压增加如何解决钠离子玷污的问题（1）把好清洁关（2）磷蒸汽处理 8.4.2二氧化硅中的固定表面电荷二氧化硅层中固定电荷有如下特征电荷面密度是固定的这些电荷位于Si-SiO2界面200Å范围以内固定表面电荷面密度的数值不明显地受氧化层厚度或硅中杂质类型以及浓度的影响固定电荷面密度与氧化和退火条件，以及硅晶体的取向有很显著的关系 过剩硅离子是固定正电荷的来源这些电荷出现在Si-SiO2界面200Å范围以内，这个区域是SiO2与硅结合的地方，极易出现SiO2层中的缺陷及氧化不充分而缺氧，产生过剩的硅离子实验证明，若在硅晶体取向分别为[111]、[110]和[100]三个方向生长SiO2时，他们的硅–二氧化硅结构中的固定表面电荷密度之比约为3:2:1。将氧离子注入Si-SiO2系统界面处，在450度进行处理，发现固定表面电荷密度有所下降将MOS结构加上负栅偏压进行热处理实验发现，当温度高出钠离子漂移温度（127度）时，这些固定的表面电荷密度有所增加。 平带电压单位表面积的固定正电荷数目 8.4.3在Si-SiO2界面处的快界面态Si-SiO2系统中位于两者界面处的界面态就是来自于悬挂键，即所谓塔姆能级。硅表面的晶格缺陷和损伤，将增加悬挂键的密度，同样引入界面态。在硅表面处存在杂质等也可以引入界面态，这些界面态位于Si-SiO2界面处，所以可以迅速地和Si半导体内导带或价带交换电荷，故此称为“快态”。 界面态能级被电子占据时呈现电中性，而施放了电子之后呈现正电性，称为施主型界面态若能级空着时为电中性而被电子占据时带上负电荷，即称为受主型界面态界面态能级被电子或空穴所占据的概率，与半导体内部的杂质能级被电子占据的概率分布相同 峰值分布：认为界面态能级连续地分布在禁带中，其中有两个高密度峰：一个靠近导带底为受主界面态；另一个靠近价带顶为施主界面态 减少界面态的方法合理地选择面原子密度小的晶面，如（100）晶面上生长SiO2，会减小未饱和的悬挂键的密度，从而使界面态密度下降通过选择在适当的条件和气氛下对Si-SiO2系统进行退火，来降低表面态的密度 8.4.4SiO2中的陷阱电荷Si－SiO2系统在器件工艺，测试或应用中常常会受高能粒子，这些电磁辐射通过氧化层时，可以在氧化层中产生电子－空穴对。在偏压作用下，电子－空穴对中的电子容易运动至外加偏置电路形成电流，而空穴即被SiO2层中的陷阱陷落而运动不到电极中去，那么氧化层就带上了正电荷，这就是陷阱电荷。Si－SiO2系统C-V特性向负偏压方向平移而出现平带电压陷阱电荷在惰性气体中，在300度以上进行低温退火，可以很快消除 产业园信息管理系统项目介绍2011 项目背景及系统特点产业园信息管理系统 项目背景信息化系统已经日益成为每个企业甚至每个城市、每个国家都不可或缺的资源和管理工具。结合产业运用的互联网电子商务将成为投资热点。产业结合电子商务的发展将带来良好的经济效益。中国各地共有上万个各类规模不等的产业园。均凭借产业园聚集产业资源，打造产业链，优化当地经济结构。而信息化建设是产业园的一个核心竞争力。随着物联网概念的兴起，中国掀起物联网包括移动物联网在内的建设热潮。基于互联网技术的虚拟社区、数字城市将成为中国未来公共信息平台的主流。目前中国整个软件市场仍处于增长态势。增长方式以产品升级更新为主。服务在软件市场重要性的不断提高。本项目系统是基于互联网云计算等成熟技术和服务，依托互联网提供在线软件的交付和使用的服务运营模式。本项目系统主要针对各类产业园、专业集散卖场、商业民用住宅等应用型综合信息管理系统的软件运营服务需求，结合产业特征以行业类标准为开发目标，并以规模化租赁、在线升级服务等作为盈利模式。本项目系统作为一种创新的软件应用模式，不仅是广大中小型企业低成本采用先进技术实施信息化的最佳途径，也为产业园经营者提供了新的服务管理平台和获利工具。 项目构想本项目是专门针对产业园的管理及服务特点而设计的，满足产业园各方面的业务需求以及持续发展的要求，帮助产业园及园区企业解决各种管理问题。整个产业园信息管理系统是一个基于互联网的专门针对产业园的信息服务平台。整个平台可以让各种产业园都在上面管理自己的物业。整个系统不仅实现一管一、一管多的产业园管理模式，而且可以通过产业园之间专业垂直或产业横向联合，发挥产业链和供应链价值。系统还可以帮助那些产业园里面的入驻企业实施电子商务、网络营销、优质的供应链管理及高效精细化企业管理。本系统主要适用于各种类型的产业园（如：科技园、工业园、物流园、农业园等园区）。本系统还适用于各种集散市场、商业住宅等园区。 系统特点本项目为产业园搭建信息化所需要的所有网络基础设施及软件、硬件运作平台，并负责所有实施、维护等一系列服务。由于本系统将应用软件部署在统一的服务器上，免除了最终用户的服务器硬件、网络安全设备和软件升级维护的支出，除了个人电脑和互联网连接之外，园区内的企业不需要巨资购买软硬件自建机房及招聘IT人员等其它IT投资。只需通过互联网便可简单方便建立自己的网站、使用到适合自己的信息系统和服务，就像打开自来水龙头就能用水一样。本项目是一种先进的软件布局模型，其应用专为网络交付而设计，便于用户通过互联网实现托管、部署和接入以及开展电子商务。企业根据自身实际需要，从本系统中租赁共享软件服务。本系统所提供的应用软件的价格囊括了通常的应用软件许可证费、软件维护费以及技术支持费，完全实现低成本。本项目不仅为园区提供一整套综合管理信息系统，而且其分支系统还可以按照需求租赁分配给各个进驻商，降低进驻企业整体的进驻成本，吸引进驻企业，同时为产业园创收延伸性的增值利润。本项目通过互联网云计算技术等有效的技术，可以完全保证每家企业数据的独立性、安全性和保密性。 系统特点本系统采用灵活租赁的收费方式。一方面，企业可以按需增减使用帐号；另一方面，企业按实际使用账户和实际使用时间（以月/年计）付费。由于降低了成本，租赁费用较之传统软件许可模式更加低廉。传统软件在使用方式上受空间和地点的限制，必须在固定的设备上使用，而本系统的软件项目可以在任何时间只需接入Internet的地方便可使用。非常适应产业园的复制和企业连锁运营。与企业定期花费巨额费用用于自有系统升级不同，本系统在软件的升级服务上有很大的成本优势，更具灵活性。 系统优势支持跨区域、跨行业、多企业、多模式的业务运作系统支持跨区域、多网点、多企业的业务管理；系统支持在同一系统中适应多种不同行业客户的需求；扩展性强，支持企业扩张、发展和变化业务催办、在线报警、实时风险监控业务催办：待办业务按操作人员职能予以预警提示，督促业务及时处理；在线报警：使异常情况、业务问题化解于萌芽状态； 实时风险监控：以预警、醒目的颜色标识各类风险，包括价格超限、执行差异、费用异常、预亏、未及时结算、未及时催款、信用额度超限、发票超期、订单超期未回等等各类监控点进行预警和提示，便于及时化解风险。架构先进、可靠、高效，满足企业快速发展的需要部署成本、使用成本、维护成本低；用户规模发展不受束缚 系统不限用户数，随着产业园在高速发展，用户数可任意增长。系统可实现产业园全过程经营管理的全面追溯提高服务透明度，客户可实时在线查询、跟踪；通过链接查看全部业务详情。能更加真实准确的反映产业园运营成本状况、更好地服务于产业园的经营策略；实现运作过程可视化管理，有利于问题发现和过程控制，有利于工序一体化、作业均衡化和操作协同化 系统架构及模块产业园信息管理系统 系统整体架构整个产业园信息管理系统主要集中五大架构及模块：——产业园规划设计；——产业园招商引资；——产业园数字园区；——产业园物业管理；——产业园供应链管理；——产业园电子商务平台——产业园管理软件扩展为直观、逼真地展现产业园的面貌，产业园用3D建模技术建设平台网站呈现实景三维影像。 系统模块（园区规划设计系统）产业园规划设计系统包括：总体的规划设计规划设计的蓝图及景观展示规划设计的评价论证规划实施的专业团队规划的可行性商业计划报告规划的互动论坛本系统运用于产业园的规划设计展示，接洽投融资机会，引进战略合作伙伴。同时收集规划意见，以满足市场需要。另外系统增加了网络评价体系，提升产业园规划的透明度。 产业园招商引资系统包括：相关产业政策、法律法规招商引资和进驻的条件和优惠政策产业园宣传视频、大事件活动记录、产业园微博网上办理进驻意向手续网络推广链接本系统主要用于发布产业园的政策法规、进驻的优惠条件，并对产业园实施网络推广和市场宣传。系统模块（园区招商引资系统） 系统模块（数字园区系统）产业园数字园区系统包括：园区地图及景观导航企业访问导航交通信息（公交地铁线路时刻表、深圳通网上充值、公务车网上租赁、航空商务网上预订等）环境信息（天气预报、空气指数等环保信息）管网信息（水、电、气、通信等管网信息）人力资源管理信息园区商务活动信息公安消防信息（治安、消防、城管等服务链接）工商金融税务信息（工商、税务、银行等服务链接）周边医疗教育信息（医院、学校、幼儿园等服务链接）周边生活商贸信息（酒店、商场超市、便利店、洗衣店、面包房、旅行社等自助订购服务）社交论坛本系统通过虚拟园区建立一个公众信息服务平台，满足人们工作生活的便利需求。 系统模块（园区物业管理系统）产业园物业管理系统包括：综合信息管理网上业务办理网上查询管理提醒报警管理电子登记和报表水电气网远程自动抄表本系统囊括物业管理所有模块，涵盖了商业物业、住宅物业运作管理和经营的全部业务流程与环节；实现了招商、物业、财务、供需等的一体化管理，让业务办理更加快捷方便，数据处理更为准确，使业务的文件、单据、报表更为规范美观，业务资料、报表的保存和查看更为方便安全，杜绝了人工的计算和传递错误和不规范的操作；支持产业园采取更为灵活的市场策略，应对任何复杂的客户需求；大幅度减轻物管人员的劳动强度，提高管理效率，降低管理成本。所有的招商、物业管理、房屋出租、出售、保安、保洁、工程、投诉等物业事件都随时以数字的形式直观地反映在管理者的面前，让物管高层能及时有效地做出正确的决策。 系统模块（园区供应链管理）产业园供应链管理系统包括：会员模块采购信息模块（买家）供应信息模块（卖家）物流服务模块（通关、包装、运输、仓储、配送、保险等）支付模块及供应链金融服务模块订单管理、退换货管理客服模块（货物在途信息反馈）动态仓库及库存优化（仓库代码与货物代码、电子标签、终端扫描仪）销售预测分析及供应评价模块共享库存本系统为园区企业构建一个综合性供应链管理操作服务平台，满足企业对可共享采购资源以及供应链管理的需求。系统支持购销业务、仓储业务、运输业务的操作管理，包括订单管理、仓储管理、运输管理、报关管理、结算管理、财务管理、营销管理、客户服务等子模块。系统的功能组合以订单为主线，涵盖订单执行过程的各个方面，实现了物流、资金流、信息流、任务流同步，能提高企业运作的效率、让供应链执行透明化，从而提升效率、降低成本、控制风险、提高客户满意度。 系统架构（园区供应链管理） 系统模块（产业园电子商务平台）产业园电子商务平台是为园区进驻企业设置的一套集采购管理、库存管理、销售管理、物流管理、财务管理、CRM、售后返修管理为一体的电子商务ERP系统。是企业针对直接面对消费者（B-to-C）的电子商务系统。具体包括：——在线购物网站：用户在此浏览商品信息，将订购商品放入购物车，并生成订单。——电子商务管理：用户信息管理、基础资料管理、前台购物网站管理、商品信息管理、采购管理、销售管理、物流管理、售后管理、库存管理、财务管理、统计分析等。产业园电子商务平台，实现在IMS（InternetMallSystem）网络购物软件系统的支持下，每家企业的采购、仓库、物流、客服、售后、财务等部门无缝链接，从而达到在线销售的目的。产业园电子商务平台的核心是IMS系统，集成了商品采购管理，仓库进销存、物流配送、售后服务（保修、退货）、售前客服、财务报表、销售统计等诸多功能。产业园电子商务平台由以下模块组成：用户信息管理、基础信息管理、前台网站管理（包含网店）、商品信息管理、采购管理、销售管理、RMA售后管理、库存管理、财务管理、事故管理、系统报表、系统工具等。产业园电子商务平台为园区企业提供电子商务平台，满足企业网络营销的需求。 系统模块（产业园管理软件扩展）产业园管理软件扩展模块包括：企业ERP管理软件扩展企业内部办公软件扩展财务软件扩展其他应用软件扩展支持移动终端支持二次开发及升级本模块为园区企业构建一个应用型软件服务平台，满足各种企业管理需求。 产业园物业管理系统产业园信息管理系统 物业信息管理（系统说明一）物业单元信息（编号、楼层、户型、面积、楼龄、价格信息、出租出售信息）；车辆车位信息（固定、临时车位信息）物管费用及收缴信息报修及投诉信息水电表信息（价格、公摊设置、归零设置）信息自动提醒（合同到期、物业欠费信息、绩效考核管理等自动提醒报警功能）客户信息（客户档案、合同信息、变更信息、装修信息、已缴费或欠费信息）行政及人力资源管理（行政制度、人事档案、工薪管理信息）物料信息管理（物料的库存、进出仓、盘点信息）设备信息管理（设备的档案、维护、更换信息）保洁消防信息（保洁、绿化、保安、消防及值班信息）系统维护（数据安全备份、管理权限设置、系统运行日志） 网上业务办理（系统说明二）客户入驻手续办理；网上咨询；网上缴费；网上报修；网上投诉；本模块还提供租户与产业园物管方互动沟通的平台。便于提高物管服务水平。 网上查询管理（系统说明三）产业园管理层能通过系统随时了解涵盖租赁、收费、财务、客户反馈、维修、安保、水电供应、社区活动等产业园的运营情况，以便做出管理对策。产业园管理层能通过系统随时查看单元或全部等房产现行状态（是否已出租、未出租、租户合同状况、租期、电话、押金、租金、欠费情况时间等状况信息。具体网上查询包括：物业状态查询客户信息查询、客户合同执行状况查询出租信息查询、未出租信息查询缴费信息查询、欠费信息查询投诉处理查询、报修处理信息查询安防保洁信息查询客户物管评价查询 电子登记和报表（系统说明三）本模块实现包括电子自动登记统计汇总、水电远程自动抄表、各种综合报表的功能。包括：人员来访登记报表客户资料登记报表物业收费统计报表水电远程抄表及缴费电子账单客户收费电子收据打印水电费用报表及走势图形物料登记报表固定资产登记报表设备登记报表物料登记报表保洁登记报表消防检查登记报表运营费用支出登记报表'