什么是界面级翡翠?

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在介绍界面级翡翠之前,我们先来了解下与之相关的概念——界面以及界面的元素。 何谓“界面”? 可以简单地理解为两个不同相的物质接触并且发生相互作用的区域;而电子器件中常见的界面可以分为:固体与气体的界面(SG)、固体与液体的界面(SL)、晶体与晶体之间的界面(JC)等几类。其中我们最感兴趣的界面应该算是SG和JC两类。

以半导体器件为例,当我们设计制造器件的过程中,总是想方设法地减小或避免晶片中的杂散电流或者漏电流(由导体材料引起的电荷转移),这些电流会消耗能源、影响可靠性并可能产生噪声。如果我们将一个P型半导体和一个N型半导体用做电极连接起来,如果二者恰好能完美匹配,则界面上将不存在任何电荷,即Q=0,这种情况被称做理想界面(ideal interface)。显然这样的界面是最理想的,然而现实情况是永远无法达到这么完美的状态,因此就需要考虑界面的电特性。 为了方便起见,假设我们要研究的界面是一个SG,将其微段化之后可以得到图1(a)所示的等效电路。其中Ri为界面电阻,Cj为界面电容,L为一个带有内建导带偏置的电荷量子阱,D为耗尽层宽度。这个模型在研究其它界面时同样适用。

图1 (a) 一个单晶硅/空气界面的等效电路。这里只画出了本征区。 (b) 本征区的电荷密度分布 我们可以通过测量电学特性的方法得到上述参量:利用高精度万用表测量出PN结的直流伏安特性(也可以先用三极管测试仪测出I-V曲线再转换成DC特性),然后通过计算得出相应参数。 如果我们进一步观察这种单晶硅/空气界面的空间电荷分布情况(如图1(b)),可以看到明显的空间电荷堆积区。由于电场的存在,正电荷会被吸引到P型半导体一侧,负电荷则会聚集到N型半导体一端,于是在中间就形成了电荷堆积区。为了便于观察,此处将原本连续的界面分成若干个大小一样的区域。从图中可看出,除了边界上两个面积非常小的区域外,其他区域的电荷密度都非常小。这就是说,在正常情况下,半导体界面的电荷基本上是均匀分布于整个界面区域的。

了解了界面的一般性质后,我们再来看什么是界面级翡翠。简单来说就是:当电子器件经过长期运行或存储后,其界面处产生的电荷在数量上或质量上发生了改变,导致了信号的传输或储存出现了故障,这时我们就需要对其界面进行修复或更新,使其恢复到初始的状态,这个过程就被称作介面级翡翠。

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