半导体物理与器件总结的课件.ppt

* * 表面效应 我们前面所讨论的半导体是无限长的理想的半导体，但是实际中的半导体的长度是有限制的，因此造成表面处的缺陷的密度大于内部缺陷的密度，进而造成表面处的过剩少子寿命要比相应材料内部的寿命短。无限的表面复合速度，会导致表面的过剩载流子浓度和寿命为零。半导体的表面载流子浓度小于内部的载流子浓度。 海恩斯-肖克莱实验是用于测少子的迁移率，扩散系数和寿命 * * 冶金结——p区和n区的交界面 突变结　线性缓变结　超突变结 突变结——均匀分布，交界处突变 7.1 pn结的基本结构 * * 空间电荷区，也被称为耗尽区（SCR）即没有可自由移动的净电荷，高阻区。它的宽度主要在掺杂浓度少的一侧的半导体 pn结的形成 7.1 pn结的基本结构 * * 内建电势差 本章开始Nd,Na分别指n区和p区内的净施主和受主杂质！！！ 7.2 零偏 7.2.1内建电势差 热电压 由此图可知：内建电势差主要是在重掺杂的一侧的半导体 * * 反偏 与内建电场方向相同 EF不再统一 7.3 反偏 7.3.1空间电荷区宽度与电场 * * 7.3 反偏 7.3.3单边突变结 由图可知：空间电荷区主要由轻掺杂的半导体决定 加反偏电压使空间电荷区增大，反偏电压越大，空间电荷区宽度越宽；加正偏电压使空间电荷区宽度变窄，电压越大，空间电荷区宽度越窄。 * * 反偏能带图 零偏能带图 正偏能带图 * * 齐纳(隧穿)击穿(重掺杂)和雪崩击穿(轻掺杂) 结击穿两种机制 隧道二极管：p区与n区都为简并掺杂的pn结成为隧道二极管 * * 10.1双极晶体管的工作原理 结构和符号 一个加号代表重掺杂，两个加号代表比重掺杂还重的掺杂 * * 10.1双极晶体管的工作原理 IE IC IB VEC VCB VBE IE=IC+IB VEC=VEB+VBC=-VBE-VCB 四种工作模式VBE、VCB 正反、反反、反正、正正 正向有源 截止 反向有源 饱和 发射结正偏 集电结反偏 零偏能带图 发射结反偏 集电结反偏 发射结反偏 集电结正偏 发射结正偏 集电结正偏 * * 三极管的三种连接方式 三极管在电路中的连接方式有三种： ①共基极接法； ②共发射极接法， ③共集电极接法。 共什么极是指电路的输入端及输出端以这个极作为公共端。 必须注意，无论那种接法，为了使三极管具有正常的电流放大作用，都必须外加大小和极性适当的电压。即必须给发射结加正向偏置电压，发射区才能起到向基区注入载流子的作用； 必须给集电结加反向偏置电压（一般几～几十伏），在集电结才能形成较强的电场，才能把发射区注入基区，并扩散到集电结边缘的载流子拉入集电区，使集电区起到收集载流子的作用。 * * 发射极注入效率系数 基区输运系数 复合系数 为了使发射极注入效率增大，则应使发射极的掺杂浓度远大于基区掺杂浓度；为使基区输运系数增大，则应使基区宽度较小，通常小于1微米；为了使复合系数增大，则使VBE足够大。 对于共基极电路而言， 共基极电流增益。1 对于共发射极电路而言 共发射极电流增益。1 增益： * * 如下图所示，基区宽度的减小会使得少子浓度梯度增加，这种效应成为基区宽度调制效应，也称厄利效应。 * * 10. 4非理想效应 基区宽度调制效应 Early电压典型值在100-300V之间。 例10.5 * * 大注入(注入的少子比多子还多)的两种效应： 大注入效应一：发射极注入效率降低　　Jpe增加 大注入效应二：集电极电流增速变小 另一个影响发射机注入效率降低的是禁带变窄，发射区掺杂浓度很高时，由于禁带变窄效应，会使电流增益比理想状况下小。 电流集边效应：导致局部过热或局部大注入。 非均匀掺杂：浓度梯度导致静电场，改变少子分布。 * * 10. 4非理想效应 击穿电压：穿通击穿（距离太近）和雪崩击穿（较远） 为什么缩小MOSFET尺寸？ 1.提高集成度：同样功能所需芯片面积更小 2.提升功能：同样面积可实现更多功能 3.降低成本：单管成本降低 4.改善性能：速度加快，单位功耗降低 * * 阈值反型点条件： 表面势=2倍的费米势，表面处的空穴浓度=体内的电子浓度，栅电压=阈值电压 此刻的空间电荷区的厚度最大 功函数差是导致能带倾斜或弯曲的根本原因。 金属氧化物半导体场效应管，即MOSFET，其结构中的金属可以是铝或铜或重掺杂的多晶硅。 表面势Φs：半导体表面电势与体内电势之差。 费米势Φfp：半导体体内费米能级与禁带中心能级之差的电势 对以P型衬底的半导体而言，加正栅压，形成电子反型层，与氧化层接触面的能带向下弯曲，当电压足够大时，表面可变为n型；加负栅压，形成空穴堆积层，与氧化层接触