Метод вольт – фарадных характеристик

Сущность метода ВФХ состоит в измерении изменения ёмкости полупроводниковой структуры во времени под действием внешних и внутренних полей, оценки на этой основе качества полупроводниковой структуры. Информативными являются характеристики С-U, C-t. Данный метод наиболее эффективен для МДП – структуры. Он позволяет оцениватьт степень стабильности процесса формирования диэлектрических слоёв, степень ионного загрязнения поверхности полупроводниковых структур, определить концентрацию и профиль распределения носителей заряда. Характерный признак ёмкости МДП – структуры состоит в том, что при подаче U расширяющего пространственный заряд ионизированных примесей при поверхностном слое МДП – структуры могут генерироваться и накапливаться неосновные носители заряда. Экспериментально ВФХ измеряют как правило в диапазоне 1…10МГц при относительно медленно изменяющемся смещении. Методика снятия этих характеристик предусматривает измерение ёмкости на основе закона Ома для емкостной или активно емкостной цепи при относительно малом синусоидальном U на измеряемом элементе. В простейшем случае функциональную схему измерителя ВФХ емкостной цепи можно представить следующим образом:

Рисунок 32 - Функциональная схема измерителя ВФХ емкостной цепи

При изменении смещения, которое осуществляется генератором пилообразного U, изменяется проводимость активно емкостной цепи. Это фиксируется датчиком тока. После усиления и детектирования полученное U поступает на построитель C-U характеристик. ВФХ МДП – структуры, снятую при высокой частоте и медленной развёртке U можно представить следующим образом:

Рисунок 33 - ВФХ МДП – структуры

Св – ёмкость на высокой частоте

С – ёмкость на штатной (1КГц)

Информация о качестве поверхности полупроводника и границе раздела диэлектрик – полупроводник уточняется после этого по релаксационной характеристике. Для этого на структуру подают импульс обедняющего U. По релаксационным кривым можно рассчитать скорость поверхности генерации и генерационное время жизни неосновных носителей заряда. Зависимость генерационного тока от ширины области:

А_g – площадь МДП – структуры

q – электрический заряд

n_i – концентрация собственных носителей

τ_g – время жизни неосновных носителей

So – скорость поверхностной генерации при отсутствии на поверхности инверсионного слоя

S – скорость поверхностной генерации с инверсионным слоем

W – ширина области неравновесного обеднения

d – толщина диэлектрика

Величина W определяется:

Со – удельная ёмкость диэлектрика

Наклон кривой характеризует генерационное время жизни неосновных носителей. Скорость генерации при W = 0 определяет скорость поверхностной генерации. Типичный график релаксации ВЧ ёмкости МДП – структуры можно представить следующим образом:

Рисунок 34 – График релаксации ВЧ ёмкости МДП – структуры

С_i – ёмкость, соответствующая глубокого объединения

C_f - ёмкость, соответствующая режиму инверсии

t_f – время релаксации