Проявление флуктуационного потенциала в кинетических характеристиках $n$-каналов инверсии на поверхности кремния. Случай малых флуктуаций

Проведен последовательный учет влияния флуктуационного потенциала (ФП), обусловленного наличием локализованного заряда в области границы раздела полупроводник–диэлектрик, на кинетические характеристики каналов инверсии на поверхности полупроводника, определяемые из измерений эффекта Холла. На этой основе по экспериментальным зависимостям электропроводности канала и холловской концентрации носителей заряда $n_{H}$ от потенциала затвора $V_{g}$ найдены для $n$-канальных «холловских» МОП транзисторов зависимости от поперечного электрического поля средней концентрации электронов в канале $n_{s}$, эффективной $\mu_{s}$, холловской $\mu_{H}$ и микроскопической $\mu_{0}$ подвижностей электронов, холл-фактора ${r_{H}=n_{s}/n_{H}}$ и дисперсии ФП $\langle\delta^{2}\rangle$. Определен характерный энергетический масштаб ФП ${\Delta=10}$ мэВ. Измерения выполнялись в области температур 220$-$300 K, отвечающих области слабых флуктуаций ${\langle\delta^{2}\rangle/2\ll1}$. Показано, что при слабой инверсии (${n_{s}\leqslant10^{10}\,\text{см}^{-2})\mu_{0}}$ близка к подвижности электронов в массивном $n$-Si, контролируемой рассеянием «объемными» фононами, а при ${n\gtrsim10^{12}\,\text{см}^{-2}\mu_{0}\propto n_{s}^{-1/3},T^{-1}}$ что характерно для рассеяния электронов «поверхностными» фононами. Наличие ФП приводит к существенному изменению $\mu_{s}$ и $\mu_{H}$ относительно $\mu_{0}$, но сравнительно слабо сказывается на величине ${n_{H}~(r_{H}\simeq1)}$. Тем не менее пренебрежение зависимостью эффективного холл-фактора от средней концентрации электронов в канале $n_{s}$ исключает возможность корректного определения механизмов рассеяния носителей заряда в канале и характеристик ФП непосредственно по зависимостям $\mu_{H}$ от температуры $T$ и $n_{H}$.