半导体概论专题讲义.ppt-南一中教学网.ppt

與Si比較，GaAs 具有下列優點 : 1.在低電場時，μGaAs = μSi 之5~7倍， μInGaAs 更大(與In含量有關) Vsat, GaAs =1.5* Vsat, Si Vsat, InGaAs =2* Vsat, Si 因此，化合物半導體適合朝向微波、毫米波高功率元件及發光元件之應用發展. 2. Eg,GaAs= 1.42 eV Eg,Si= 1.12 eV Eg,InP= 1.34 eV Eg,GaP= 2.27 eV ∵ ni 隨 Eg 增加而減少，因此化合物半導體較易獲得半絕緣性基板，漏電流較少，耐高壓，可製成MMIC(monolithic microwave integrated circuit) 由於Si之ni 較高，substrate 較易有漏電流，在製作IC時較不利，會有”Latch-up”現象產生，因此會有SOI基板之研發 3. 多數化合物半導體具有直接能隙(Direct Bandgap)結構(即導電帶能量最低點之電子和價電帶最高點之電洞可以不需改變晶格動量即可直接達成復合功能而發光)可製成發光元件或Optoelectronic Intergrated Circuit(OEIC) 4.化合物半導體具有抗輻射優點，可應用於外 太空 5.可設計成異質接面(很容易將電子或電洞侷限在某一區域而達成同質接面結構無法達成的目的) 二、高頻高功率Ⅲ–Ⅴ半導體元件之分類 三.場效電晶體(Field-Effect Transistor , FET)(一)MESFET (Metal-Semiconductor FET) 原理：通道結構為- Schottky contact，以 其產生之空乏區控制由Source - Drain 之載子。 特點：結構簡單，製程容易，成本低，但線性效果、放大率、mobility(速度)均不佳。 (二)HEMT( High Electron Mobility Transistor) (二)HEMT( High Electron Mobility Transistor) 原理：1.通道使用異質接面( Heterojunction )，即一高 能隙與一低能隙之半導體接面。 2.將雜質摻雜於高能隙之半導體，載子利用高低能 隙間之導電帶能帶差(△Ec)進入未摻雜之低能隙 半導體。 3.造成High mobility的原因： (1)載子遠離 donor parents，scattering 效應大幅降 低(spacer與△Ec 阻隔) (2) channel為未摻雜 4.形成Two-Dimensional Electron Gas(2DEG)： 位於低能隙半導體且在導電帶上，其mobility及載 子密度均大幅優於MESFET。 (三) PHEMT( Pseudomophic HEMT) 原理：在HEMT 構造中，將2DEG通道層(即低能隙半導 體)之材料換成與高能隙半導體形成具有strain,但在 臨界厚度內仍有Lattice-match效果的材料 例如：AlxGa1-xAs/InxGa1-xAs 特點：1. 由於InxGa1-xAs比GaAs之Bandgap更小，且 在臨界厚度內仍具有與AlxGa1-xAs晶格匹配之 優點，其△Ec大，可增加n2DEG與mobility， 侷限載子效果佳，直流與高頻特性均大幅提升。 2. 但需特別注意strain問題。 (四) Metamorphic HEMT 原理：1.利用GaAs substrate 取代InP substrate。 2.在GaAs substrate 上長成一層Graded且厚的 Buffer，以釋放strain。 特點：1.GaAs substrate 較InP耐高電壓。 2.可成長較AlGaAs/InGaAs較高之In成分