电子信息物理学4-200810课件.ppt

真空能级E 0连续（一般性） 电子亲和势始终不变х ＝ E 0 － E C （一般性） 费米能级的“钉扎”效应： n型费米能级：价带以上E g/3（特殊性） p型费米能级：价带以上2E g/3（特殊性） 4.4.3 肖特基势垒的I-V特性 金属与n型半导体接触 正向偏压产生电流，载流子构成如下 导带电子越过势垒进入金属 导带电子通过隧道效应进入金属（能量低于势垒顶的电子有一定几率穿过势垒，这种效应就是隧道效应。隧道穿透的几率与电子的能量和势垒厚度有关 ） 空间电荷区与空穴复合 中性区与空穴复合 实际的肖特基二极管主要由第一种电流构成的，其他的三种作为理想情况偏离的修正 （a）无偏压：热平衡时，金属与 n型半导体的费米能级拉平 （b）加正偏压： 正向偏压VF VF上升 半导体一侧势垒下降 正向电流密度上升 （c）加反偏压： 反向偏压－VR VR上升 半导体一侧势垒增加，电子从金属流向半导体，但越过的势垒几乎不随偏压变化 反向饱和电流密度 反向电流密度几乎不随VR变化 4.4.4 肖特基势垒二极管 肖特基势垒二极管与Pn结二极管的I-V特性相似： Pn结二极管方程： Pn结的反向饱和电流密度： 肖特基势垒二极管方程 肖特基的反向饱和电流密度 为有效理查常数 肖特基势垒二极管与Pn结二极管的特性差异： 微观 肖特基势垒二极管为多子扩散（微观机理） Pn结二极管为少子的注入和扩散（微观机理） 宏观： 1)反向饱和电流密度特性： 肖特基势垒二极管的反向饱和电流密度(10-5A/cm2 ) pn结二极管(10-11A/cm2 ) 2)开关特性： 肖特基势垒二极管是多子器件，正向偏置时没有扩散电容（高频特性好，开关时间短ps，pn结为ns） 3）导通电压： 肖特基势垒二极管的导通电压比pn结二极管低 肖特基势垒二极管的主要应用： 利用肖特基势垒二极管的正向电流－电压非线性： 肖特基变阻管、检波器、混频器 利用肖特基势垒二极管的反向电流－电压特性： 肖特基变容管 利用肖特基势垒二极管的正向低导通特性： 箝位晶体管 利用肖特基势垒二极管的反偏势垒特性： 光电二极管和雪崩二极管的光电探测器件 利用肖特基势垒二极管的势垒： 肖特基场效应管 4.4.5 欧姆接触 欧姆接触是指其电流-电压特性满足欧姆定律的金属与半导体接触。 金属与重掺杂半导体的金－半接触 欧姆接触，有接触电阻（由势垒高度、掺杂浓度决定）任何半导体或者集成电路要与外界接触 欧姆接触十分重要 欧姆接触分类： 非整流势垒接触型 隧道势垒接触型 形成欧姆接触的常用方法 金属与p型半导体接触构成反阻挡层。 金属与重掺杂n型半导体形成能产生隧道效应的薄势垒层， 1. 非整流势垒接触型 金属－n型半导体接触： фs фm时形成的非整流结 结处于热平衡，结两边电子可以顺利交换（低电阻） 金属加正压： 金属加负压： 在外电场作用下，也不起整流作用 金属－p型半导体接触，热平衡时的能带图： 多数重要的半导体（如Si、Ge、GaAs）有很大的表面态密度 严重屏蔽了金属功函数的作用 选择适当的金属材料很困难 2. 非整流势垒接触型：隧道势垒接触型 金属－半导体接触形成势垒 半导体重掺杂 势垒宽度大幅度下降 结两边等价交换电子，形成隧道电流 隧道效应 欧姆接触 由上述可知当金属和半导体接触接触时，如果对半导体的掺杂很高，将会使得势垒区的宽度变得很薄，势垒区近似为透明，当隧道电流占主要地位时，其接触电阻很小，金属与半导体接触近似为欧姆接触。加上正、反向电压时的能带图如下图所示： 4.5场效应晶体管 掺杂半导体 电场 表面势变化、电阻率变化 与电场垂直方向的电流变化 ?场效应：垂直的电场控制半导体的导电能力 场效应晶体管（FET：Field Effect Transistor）分类 结型场效应晶体管JFET(Junction type FET) 绝缘栅场效应晶体管IGFET:主要是以SiO2做栅极绝缘物的金属－氧化物－半导体场效应晶体管MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor FET) 肖特基势垒栅场效应晶体管MESFET(Metal-Semiconductor FET) 4.5.1结型场效应晶体管 源极S：接地 栅极G：上下栅外部相连，加控制电压VGS 漏极D：电压VDS 输出电流ID n 沟道:通电流 图1（a）JFET结构示意图 图1（b）JFET中心部分截面图 栅结反偏V