Рекомбинационные потери на поверхности

Как известно, на поверхности полупроводникового кристалла существует гораздо большая плотность рекомбинационных центров, чем в объеме. Т.е. на поверхности условия для рекомбинации благоприятнее. Чтобы разобраться, как влияет на эти процессы радиация, надо сначала рассмотреть существующие модели центров рекомбинации на поверхности. В современных приборах вся активная поверхность кристалла, не занятая омическими контактами, защищена пленкой термически выращенного диоксида кремния SiO₂. Следует рассмотреть некоторые особенности границы раздела Si - SiO₂

· Из-за разницы коэффициентов линейного расширения кремния и диоксида кремния (почти на порядок) на границе раздела существуют механические напряжения. Причем приповерхностная область кремния оказывается растянутой, а пленка окисла сжатой. При этом максимальная величина напряжений приходится на границу раздела, а в глубь окисла и кремния напряжения спадают (рис. 10).

Рис.10. Распределение механических напряжений на границе раздела кремний - диоксид кремния

· Граница раздела Si - SiO₂ представляет собой переходную область переменного состава, распространяющуюся частично в кремний, частично в SiO₂. Из-за несоответствия расположения атомов кислорода и кремния и расстояний между ними часть валентных связей на границе раздела оказывается в напряженном состоянии (НС), а часть – оборванными (ОС) (рис. 11). Область переменного состава имеет протяженность около 2 нм, а дефектная область распространяется на большие расстояния.

Рис.11. Модель напряженных и оборванных связей

на границе разделаSi - SiO₂

· Оборванные связи представляют собой поверхностные состояния, и для уменьшения их количества используют некоторые технологические приемы, в частности выращивают пленки SiO₂ в атмосфере влажного кислорода, когда оборванные связи заполняются атомами водорода или группами ОН, или проводят так называемое хлорное окисление (в парах соляной кислоты), когда связи заполняются как водородом, так и хлором.

Процессы рекомбинации на поверхности характеризуются скоростью поверхностной рекомбинации s, которая пропорциональна концентрации центров поверхностной рекомбинации N_st, а также зависит от поверхностного потенциала j_s, определяемого как разница между собственным потенциалом и потенциалом Ферми на поверхности.

Общий вид зависимости s от j_s показан на рис.12 для двух значений N_st.

Считая, что основную долю в R_S составляют потери на поверхности эмиттерного перехода, можно использовать для тока поверхностной рекомбинации эмпирическое выражение, аналогичное выражению для тока объемной рекомбинации в ОПЗ:

Рис.12. Зависимость скорости поверхностной рекомбинации от поверхностного потенциала для двух значений концентрации рекомбинационных поверхностных центров

, (77)

где n_S- некоторый коэффициент в пределах от 1 до 2, а

J_S0= , (78)

где - коэффициент пропорциональности.

Тогда для рекомбинационных потерь на поверхности имеем:

.(79)

Рекомбинационные потери на поверхности увеличиваются с увеличением соотношения и уменьшением тока коллектора.

Таким образом, мы рассмотрели все составляющие рекомбинационных потерь, которые определяют коэффициент передачи тока транзистора.