Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...

82 4 MODELLIERUNG AUF KONTINUIERLICHER FELDEBENE
geführt wurde. Wegen der großen Aspektverhältnisse ist nur der obere Bereich der simulierten
Struktur dargestellt. Die einzelnen Bereiche – I - Feldoxid über n-dotiertem
Siliziumsubstrat, II - Luft über n-dotiertem Siliziumsubstrat, III - Feldoxid über ndotiertem
neben p-dotiertem Siliziumsubstrat (pn-Übergangsbereich) – werden im 2D-
Modell gemäß ihrer Flächenanteile im Sensorarray gewichtet. Für die Dotierprofile von
n- und p-Implantationen standen eindimensionale SIMS-Profile zur Verfügung [63], über
die Größe der lateralen Ausdiffusion der Profile lagen allerdings keine Informationen
vor, ebensowenig über Defekte wie Oxid- und Grenzflächenladungen. Die Vernetzung
der Struktur muß besonders an der Grenzfläche zwischen Isolator und Halbleiteroberfläche,
an den Übergängen zwischen den in Abb. 4.33 eingezeichneten Bereichen, sowie
an den pn-Übergängen fein gewählt werden, da die Ladungsträgerdichtegradienten hier
am größten sind.
Die Referenzstruktur wurde mittels des in Kapitel 3.1.3 vorgestellten Meßaufbaus spannungsabhängig
charakterisiert, wobei der zur Verfügung stehende Meßbereich 35 V betrug.
Die Spannung wurde sowohl an der Polysiliziummembran ( ” nwell low“) als auch
an der n-Wanne ( ” nwell high“) variiert. Hierbei muß darauf geachtet werden, daß der
pn-Übergang zwischen p- und n-dotierten Gebieten im Siliziumsubstrat immer gesperrt
bleibt, da andernfalls Ladungen darüber abfließen können, und keine sinnvolle Messung
der Kapazität mehr möglich ist. Daher kann für den Fall ” n-well high“ nur für eine
Polarität der angelegten Spannung gemessen werden. Die gemessenen Kennlinien in
Abb. 4.34 unterscheiden sich deutlich, je nachdem, an welcher Elektrode die Spannungsrampe
angelegt wird. Liegt sie an der Membran, so weist die CV-Kurve zwei Stufen bei
ca. � 9 V und bei ca. ¨ 20 V auf. Die Stufen verschwinden für den Fall ” nwell high“, und
der Kapazitätshub über den gesamten Spannungsbereich fällt hier sehr gering aus.
Um die Kennlinien interpretieren zu können, werden zunächst einzelne, in Abb. 4.33 eingezeichnete
Teilstrukturen des Bauelementes betrachtet. Aus Gleichung 4.37 lassen sich
für die Einsatzspannungen der einzelnen Teilstrukturen unter der Annahme idealer MIS-
Abbildung 4.34: CV-
Kennlinien der Referenzstruktur.
Die Spannung
wurde entweder an der Polysiliziummembran
( ” nwell
low“) oder an der n-Wanne
( ” nwell high“) variiert.
C [pF]
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
~
I
-U
"nwell high"
"nwell low"
~
I
U
−30 −20 −10 0 10 20 30
Spannung [V]