逆偏壓下之金屬－絕緣層－半導體結構

Abstract

本篇論文是對於逆偏壓下金絕半結構作四個主題的理論性探討。 第一主題是關於金絕半結構的乏層寬度分析。本文採用一個新提出的參數，ψ，可以 對金絕半乏層寬度作總台性的分析。此參數與半導體表面上少數載子的準費米電位有 關，吾人也可用此參數來，表示少數載子電荷在半導體表面累積的程度。因此，產生 反轉層的廣義性條件可以推導出來。在金絕半進入反轉態前，乏層寬度是隨表面電位 的平方根變化而增加。當由於外來載載子注入而使得金絕半進入反轉態時，乏層寬度 就正比於（2ψF+Ｖa-ψ）的平方根。電壓Ｖa增加會使得乏層寬度加寬，然而增加外 來載子的注入卻使得乏層寬度縮減。這一部份的分析結果也適用於肖特其元作與金氧 半元作，因為它們可視為金絕半結構的特例。 第主題是探討金絕半結構的電流乘增現象。多數載子和少數載子的電流表不式（仍以 參數，ψ表示）先推導出來。跨在絕緣夾層的電壓降是決定電流乘增的主要因素，而 此電壓降與參數ψ有關且可用數值方式計算出來。採用參數ψ，仗吾人對電流乘增現 象有較清楚的瞭解。同時，吾人發現：（一）對於絕緣層厚度小於５０埃的金絕半而 這，在進人入反轉態以前的絕綠層上電壓降是非常而句忽略；而一旦反轉態產生，此 電壓降就增加得很快。（二）對於薄絕緣層的金絕半結構，其所造成反轉態所需之ψ 值是與所加電壓無關。（三）較厚的絕緣層有較大的電流乘增。（四）若金絕半結構 的電子障壁較小，則電流乘增較大。 第二主題是探討雙增益結構模型。此模型可以描述電流回餽Ｓ形負電阻元件特性，而 金絕半系列中有許多結構皆呈現此Ｓ形負電阻特性。此模型不僅可以解釋已有之負電 阻元件，且可預測一些新的Ｓ形負電阻元件。在模型中，吾人定義了反射增益結構與 穿透吸收結構。所謂結構是指在順、逆偏壓下的正負型接面或金絕半界面。一般Ｓ形 負電阻元件皆包含了兩個以上的這類型結構。將ψ此類型結構作適當的串聯組合，且 滿足環增益總乘值大或等於一的條件，則Ｓ形負電阻元件即造成。多狀態負電阻元件 也可用此模型來描述與預測。 第四主題是關於場放射隧道電流的討論，此部份電流在一般的金絕半結構討論中皆是 忽略不計的。吾人採用宜接積分，分別求得場放射隧道電流與熱放射隧道電流。當半 導體摻濃度高達10□□每立方里米，即使絕緣層厚度為４０埃，在室溫下場放射電流 是不可忽略的。吾人也發現場放射與熱放放射電流的比值是隨所加偏壓而增加，尤其 是在高摻雜度的情況下格外明顯。在反轉態下的金絕半相當於有一高濃度而薄的一層 電荷在半導體表面上，所以場放射電流增加。此電流增加量可以用電子障壁降低值△ ψ表達。吾人提出一個外插模型，可以方便地估計電子障壁降低值。對於金屬一半導 體接面因具有淺且高摻雜的表面層所造成的電子障壁降低，本外插模型地可適用。