半导体器件原理Chapter6.ppt

* * * * * Semiconductor Devices Integrated Nanotube Systems:Complementary Carbon Nanotube Inverter Carbon Nanotube Field-Effect Inverters, X. Liu, R. Lee, J. Han, C. Zhou, Appl. Phys. Lett. 79, 3329 (2001). One of the first integrated systems made of carbon nanotubes. Si back gate K Vin Vout VDD GND p-type CNT n-type CNT P type MOSFET: N type MOSFET: Vin Vout 0 V VDD p n * * Semiconductor Devices §6.3 功率器件 功率整流管 肖特基势垒整流管 结-势垒-控制型肖特基整流管（JBS） 沟槽-MOS-势垒控制型肖特基整流管（TMBS） pin整流管 pin/肖特基混合型（MPS）整流管 静态屏蔽二极管 功率MOSFET IGBT SiC器件 * * Semiconductor Devices §6.4 微波器件 微波频率覆盖范围从1GHz（109Hz）到1000GHz，相应的波长从30cm到0.03cm。其中30到300GHz频段，因其波长是10到1mm，故称为毫米波带。更高的频率称为亚毫米波带。 * * Semiconductor Devices 主要微波半导体器件概况 名称 常用材料 工作原理 主要功能 变容二极管 Si GaAs pn结非线性电容效应，电极随偏压变化 参量放大、倍频、电调谐 pin二极管 Si 利用高阻i层在正、反向偏压下对p+i结和n+i结注入载流子的存贮和扫出作用所具有的可变电阻特性实现信号的控制。 微波开关、移相器、衰减器 隧道二极管 GaAs GaSb 隧道穿透，负微分电阻 本机振荡器 锁频电路 IMPATT二极管 Si GaAs 雪崩和渡越时间效应产生大功率 微波振荡 BARITT二极管 Si 势垒注入和渡越时间效应 本机振荡 多普勒检波器 * * Semiconductor Devices TED GaAs InP 不同能谷间电子转移效应所导致的负阻特性 微波振荡 放大 肖特基二极管 Si GaAs 金属半导体接触的整流效应及非线性电阻特性 混频检波 微波双极晶体管 Si 由电流控制的对输入信号的放大作用，电子和空穴参与输运过程 低噪声放大 功率放大 微波振荡 微波异质结双极晶体管 AlxGa1-xAs/ GaAs InP/InGaAsP Si/SiGe 同上 同上 微波GaAs MESFET GaAs 由电压控制的对输入信号的放大作用，多数载流子输运 同上 高电子迁移率晶体管（HEMT） AlxGa1-xAs/ GaAs 通过由电压控制的高迁移率2DEG浓度和运动的变化实现对输入信号的控制与放大 同上 * * Semiconductor Devices §6.5 光电子器件 LED产生光子发射的主要条件是系统必须处于非平衡状态（即，半导体内需要有某种激发过程存在，通过非平衡载流子的复合，才能形成发光） * * Semiconductor Devices 辐射复合：带带复合、浅施主-价带或导带-浅受主间复合（施、受主的电离能都很小，跃迁与带-带跃迁很难区别，但由于引入杂质能级位于K为（000）外，则使动量守恒定律较易满足，提高了直接跃迁几率）、施、受主之间的复合、通过深能级的复合、等电子陷阱等 非辐射复合：多声子复合、俄歇复合、表面复合 * * Semiconductor Devices GaAs(direct) 直接带隙半导体，都是常用的发光材料 对于象GaAs这一类直接带隙半导体，直接复合起主要作用，因此内部量子效率比较高。但从晶体内实际能逸出的光子却非常少。 Si(indirect)间接带隙半导体 * * Semiconductor Devices 激光器Laser 发光二极管的发光加受激辐射 受激辐射三个条件 1、粒子数反转 2、形成光谐振腔 3、满足一定的阈值条件 * * Semiconductor Devices 结型激光器中，垂直于结面的两个严格平行的抛光解理面和另一对与之垂直的平行粗糙面构成了所谓法布里-帕罗腔。两个抛光解理面就是谐振腔的反射镜面。 结型激光器结构 * * Semiconductor Devices Single heterojunction laser * * Semiconductor Devices 太阳能电池 太阳能电池对于空间和地