Прибор с зарядовой связью и плотность поверхностных состояний

Исследуя, принцип работы прибор с зарядовой связью(ПЗС) выяснили, что пропускание заряда через ПЗС с поверхностным каналом часть заряда теряется, И эта потеря определяется поверхностными состояниями на границе раздела полупроводник-диэлектрик. Заряд Q n , оставшийся после t=nt 0 времени, где t 0 – частота переключений в ПЗС n-число нулей, окажется равным, Q_n = Q _o - eN_n где Q o -начальный заряд, N n - количество электронов генерированных за время nt 0 . Следовательно, N s - количество электронов на единицу площади, можно найти из формулы

N, (n )= Q-Q-s enS

Где e -заряд электрона, S- общий площадь электродов в ПЗС.

Это обстоятельство может быть использовано для определения поверхностных состояний на границе раздела полупроводник-диэлектрик. В работе [1,2] даётся методика приближенного определения плотности поверхностных состояний с помощью ПЗС.

Для определения плотности поверхностных состояний на границе раздела диэлектрик полупроводник воспользуемся тем, что скорость эмиссии носителей из поверхностных уровней зависит от энергии состояния следующим образом;

( Е А e em = O v T N c exP |^-^l

Экспоненциальная зависимость скорости генерации от энергии позволяет провести резкую границу по энергии между свободными и заполненными поверхностными состояниями. Если все поверхности состояния в момент времени t=0 полностью заполнены, то за время t после ухода из поверхности свободных зарядов, ловушки c энергией больше Е, в основном, опустошаются, а состояние с меньшей энергией, в основном, полностью заполнены. Граница энергии, разделяющая заполненные и опустошенные состояния с течением времени сдвигается вглубь запрещенной зоны. Энергия состояния и время генерации связаны соотношением

( Е А t = т0 exp I     I где т = ^vTNc.

к kT J

Плотность поверхностных состояний по определению равна

N (Е )= N (Е + ДЕ)- N, (Е) sA '         ДЕ здесь N(Е) - полное число поверхностных состояний расположенных ниже энергии Е.

Используя эти соотношение плотность поверхностных состояний может быть представлена в виде t Ns (t + Д t)- N (t)

N ss ( E ( t )) =

kT

Д t

Изменение интервала времени можно осуществлять, пропустив через линейный регистр последовательность сигнала нулей и единиц. В этом случае из первой единицы, который следует после n нулей, на ловушках захватываются электроны равные пустым ловушкам, которые освободились за время следования нулей.

Пусть число электронов захваченных поверхностными ловушками из первой единицы N ( nt₀ ) , здесь n - число нулей, t o - период импульсов. За время n t 0 освобождаются почти все уровни, расположенные выше энергии

Е = kT ln -0 .

Изменение

к ^т о )

освобождению электронов состояниями сдвинется на

числа нулей на Д n приведет дополнительному

к граница между, пустыми и заполненными

Д Е . В этом случае плотность поверхностных

состояний и потеря заряда на поверхностях связаны, следующим соотношением

N ss ( E ) -

n N (( n + A nt ) - N ( nt₀ ) kT       А П

Здесь N(nt0) -определяется уменьшением высоты первой единицы, следующий после n нулей.

Если n>>∆n последнее выражение можно записать в виде

N        1 dN(ntо )

Nss(E) kTd (b (n))