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