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半导体物理第十次课

欧姆接触 同型结P+P,N+N N+N结 接触电势差与能带弯曲 I-V特性 N+-N结非线性伏安特性:反偏压 利用同型结实现欧姆接触 半导体三极管-T 三极管的极、区、结 三极管的放大作用 共基极接法(NPN三极管) 发射效率 提高发射效率的方法:不对称结 集电极电流 共基极接法的电压放大 共射极接法的放大倍数 结场型晶体管-JFET 工作原理 特点 MOSFET 理想MOS的电容-电压特性 MOS器件的C-V特性 归一化电容 以P型半导体为例 平带情况 耗尽区与弱反型区 强反型区 少子的复合与产生需要较长的时间,一般为几十到几百微秒 理想MOS的C-V特性 实际MOS的C-V特性 接触电势差的影响 接触电势差引起的曲线移动 绝缘层中正电荷的影响 绝缘层中正电荷的影响 绝缘层中电荷位置与平带电压 表面态(界面态)的影响 工作原理-N沟道增强型 漏极电压的影响 若金属板上所加电压大于0,但数值较小,半导体表面层为耗尽层或弱反型区。 半导体表面载流子浓度很低,所以半导体表面的电容很小,因此总电容基本上由它决定。 因为在耗尽层近似下空间电荷区厚度随外场的增加而增加,所以表面电容随外场的增加而减小,因此总电容也随外场的增加而减小。 此时偏压很大,半导体表面少数载流子浓度很高,导电类型与体内的相反。 反型区与体内之间还有一个耗尽区,所以总电荷由反型区的电荷及耗尽区的电荷之和。 对于积累区及耗尽区,电荷变化主要通过多子的流动实现,它的速度主要由材料的介驰豫时间决定,一般跟得上外场的变化。但对于反型区,由于电子在体材料中是少子,所以反型层中少子浓度的变化是通过产生与复合实现的。 所以如果外加电压频率较低,少子的变化跟得上外场的变化,此时Cs》Ci,因此半导体的总电容由绝缘层电容决定。 反之如果外场频率很高以至少子的产生与复合速度跟不上外场的变化,即反型层对总电容几乎没有贡献,此时半导体的电容主要由耗尽区决定,所以总电容的变化类似于没有反型层时的情况,随外场的增加而减小。 当外场增加到一定程度使得表面强反型层形成后,反型层中电子浓度很高,屏蔽了外场,耗尽层不再变化,其宽度达到一个极大值,此时总电容达到极小值。 氧化层中有电荷存在; 有表面态即界面态存在; 金属的功函数与半导体的不相同。 以上三种情况都会在没有偏压的情况下导致能带的弯曲,使得C-V曲线发生移动。 好处:通过分析MOS的C-V特性可以了解绝缘层中的电荷、半导体-绝缘层间的界面态等情况,是研究半导体表面的有力工具。 假定半导体为P型半导体,且其功函数大于金属的功函数(例如铝),则接触电势差小于0,即半导体的电位比金属的低。这相当于加上了一个正偏压,因此半导体的能带向下弯曲。 要使得能带变直,必须加上一个负电压去抵消接触势差的影响,此电压称为平带电压,即Vfb=Vms。 对于外加电压V,加在半导体上的有效电压只有V-Vfb。从C-V曲线上看,相当于曲线沿横坐标平移了Vfb。 如果不考虑其他因素的影响,通过测量此平移值可获得接触势差的数值,由此可以知道半导体材料的功函数,由此可以获得半导体材料的费米能级、掺杂浓度等信息。 绝缘层中往往存在某些固定或可动的电荷,例如缺陷或杂质离子,这些电荷往往是正的。 这些电荷的存在会在金属板及半导体表面感应出负电荷,使得半导体表面能带向下弯曲。 为了使得半导体表面能带平直,金属板上要加上一个负电压,使得绝缘层中正电荷发出的电力线全部终止于金属板上而对半导体无影响,这个电压也叫平带电压。 无论是P型半导体还是N型半导体,绝缘层中的正电荷均使C-V曲线向左平移。 假定氧化层中的电荷并不总是集中在半导体-氧化层交界处的,而是分布在整个氧化层中。假定分布在离开金属板x处,则 推论:当电荷集中到金属与氧化层交界处时,氧化层中的电荷对平带电压的影响最小;当电荷集中到氧化层与半导体交界处时,氧化层中的电荷对平带电压的影响最大。 假如绝缘层中存在可以移动的电荷,则通过温度-偏压处理,绝缘层中的可动电荷会发生移动。测量处理前后平带电压的变化,可以确定氧化层中的可动电荷密度。 * 如果两种材料接触处的电阻很小,而且电阻与电流方向及大小无关,则称这种电接触为欧姆接触。 欧姆接触应该具有电学和机械稳定性,而且不应该存在少子的注入现象; 好的欧姆接触应当具有10-5Wcm2或者更低的电阻率。 方法:金属半导体化合物、同型结 金属-半导体欧姆接触 可以利用带有积累层的金半接触作为欧姆按触,这时金属的热电子功函数应该比N型半导体的小或者比P型半导体的要大。 缺点:满足以上要求的金属-半导体组合非常少。另外,这种金半接触或多或少存在少子的注入现象。 由导电类型但载流子浓度不同的两种材料形成的N+-N 结或P+-P结称为同型结,其中N+或P+区为重掺杂浓

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