半导体表面3.ppt

* 过去是用重掺杂工艺。 * * * * * * * * * 类似地，对于空穴少子电流： 忽略空穴少子电流 发射模型: 认为在任何温度下，由于热运动，将有一部分载流子具有足够的热运动能量克服势垒，从交界面一侧以热电子发射方式通过势垒而进入另一侧。发射-复合模型：认为在交界面处存在着晶格被强烈扰乱的一薄层，它产生许多界面态，使得以热发射方式克服了各自的势垒而达到交界面处的电子和空穴迅速复合。隧道-复合模型：在交界面处存在界面态，既考虑到隧道效应又考虑到复合作用。隧道模型：不考虑复合作用，载流子都以隧道效应方式通过势垒。 Heterojunction p-N diode Injection efficiency 实际表明： 利用异质结制作的激光器，电致发光两极管，光电探测器，应变传感器等，比用同质结制作的同类元件的性能优越。 §9.3 异质结在器件中的应用 直接利用异质结隧道势垒的隧道效应： 在多结太阳能电池中 ，隧道结形成连续的pn结之间的连接。 它们的功能作为欧姆在中间的半导体装置的电接触 。 共振隧道二极管。 隧道势垒 Below resonance At resonance Beyond resonance 负阻效应 隧穿系数随能量迅速增大。 热电子晶体管: 在热电子晶体管中作为电子注入控制的“调节器”：在热电子晶体管的基区两侧各有一个势垒与发射区和集电区相连,势垒的作用是把冷电子束缚在它们各自的区域内，从发射区注入到基区的热电子具有足够大的能量穿过集电区的势垒，几乎与集电极电压无关，因此这种器件具有很高的输出阻抗。 Nature Materials 10,198–201(2011) 利用ΔEc和 ΔEv形成。 双异质结或三层材料。 中间层半导体具有最低的 Ec (电子势阱) 或最高的Ev (空穴势阱)。 Straddling (Type I) Staggered (Type II) ΔEc ΔEv ΔEc ΔEv Carriers held in different locations 量子阱 在二维系统中局限载流子。 载流子在一维方向上的运动受限。 能量离散形成子带。 因为势垒高度Φb有限，隧道效应。 要求Lx小于电子的平均自由程和de Broglie波长。 ∞ Lx Φb Lx Φb 量子阱光吸收 量子阱光发射 Quantum Cascade Laser Parallel conduction paths (FET) Buffer Layers (LEDs) 超晶格 是指由交替生长两种半导体材料薄层组成的一维周期性结构，而其薄层厚度的周期小于电子的平均自由程的人造材料。 特点： 能级连续； 分立能带展宽形成子带； 其过程与原子形成能带类似。 成分超晶格： 周期性改变薄层的成分而形成的超晶格。 如：Ga1-xAlxAs/GaAs Thin barriers = wavefunction overlap 势垒呈抛物线型 空间电荷电场形成势垒 电子积累和空穴积累处位置不同 长载流子寿命 复合低。 掺杂超晶格：周期性改变同一成分的各薄层中的掺杂类 型而形成的超晶格（NIPI） 将载流子与其电离施主分离； 载流子移出掺杂区； 电子无法翻越ΔEC。 调制掺杂(二维电子气) * Conduction band offset (or discontinuity) * Conduction band offset (or discontinuity) * * * * 中村，1990 Film is deposited through a chemical reaction between metalorganic precursors and hydrides on a hot substrate surface Issue of growth ambient (high ammonia content) cause turbulent flow Early 1990 Nakamura, suppression of thermal convection by using main and subflow * * * * 位错能与应变能的最小化。 * * Conduction band offset (or discontinuity) * Gauss定理：两介质界面处电位移连续。 * * * 德国物理学家，2000年因发展异质结技术贡献获得诺贝尔物理学奖。 * 《半导体表面》 第九章 异质结 西安电子科技大学微电子学院 基本内容 § 9.1 异质结及其能带结构 § 9.2 异质结的电