半导体物理学_第七版_刘恩科编著chap8.ppt

表面势：空间电荷层两端的电势差为表面势，以Vs表示之，规定表面电势比内部高时，Vs取正值；反之Vs取负值。 p型半导体： 1.多数载流子堆积状态 金属与半导体表面加负压，表面势为负，表面处能带向上弯曲。 2.多数载流子耗尽状态 金属与半导体表面加正压，表面势为正，表面处能带向下弯曲，表面处空穴远低于体内空穴浓度。 3.少数载流子反型状态 当金属与半导体表面间正压进一步增大，表面处费米能级位置可能高于禁带中央能量，形成反型层。半导体空间电荷层的负电荷由两部分组成：耗尽层中已经电离的受主负电荷和反型层中的电子。 n 型半导体： 金属与半导体间加正压，多子堆积； 金属与半导体间加不太高的负压，多子耗尽； 金属与半导体间加高负压，少子反型； （3）耗尽： Vs0 /Qs/ Vs xd (4)反型 qVB qVs 根据Boltzmann统计： 开启电压VT：使半导体表面达到强反型时加在金属电极上的栅电压就是开启电压. 临界强反型时： 强反型后： Vs 》 VB ，且qVs》k0T §8.3 MIS结构的C-V特性Capacitance-voltage Characteristics of MIS Structure 1、理想C-V特性 C/Co * * 第八章 半导体表面与MIS结构Semiconductor surface and metal-insulator- semiconductor structure 8.1 表面态 晶体自由表面的存在使其周期场在表面处发生中断，同样也应引起附加能级。这种能级称作达姆表面能级。 悬挂键所对应的电子能态就是表面态 理想表面：表面层中原子排列的对称性与体内原子完全相同，且表面不附着任何原子或分子的半无限晶体表面。 实际表面由于薄氧化层的存在，使硅表面的悬挂键大部分被二氧化硅层的氧原子所饱和，表面态密度大大降低。 此外表面处还存在由于晶体缺陷或吸附原子等原因引起的表面态；这种表面态的数值与表面经过的处理方法有关。 §8.2 表 面 电 场 效 应Effect of Surface Electric 理想MIS结构 （1）Wm=Ws； （2）绝缘层内无电荷,且绝缘层不导电； （3）绝缘层与半导体界面处不存在界面态。 Effect of Surface Electric Co Cs MIS结构 等效电路 Effect of Surface Electric VG=0时,理想MIS结构的能带图 Ev1 Ec1 Ei Ev Ec EFs EFm Effect of Surface Electric 如果VG0: d x 0 +VG p型半导体表面感生一个荷负电的空间电荷层 空间电荷层内的能带发生弯曲 qVs Ec Ev EF 8.2.1 空间电荷层及表面势 Effect of Surface Electric 特征： 1）能带向上弯曲 并接近EF； EFm EFs Ec Ev Ei Qs Qm x VG0 2）多子（空穴） 在半导体表面 积累，越接近 半导体表面多 子浓度越高。 Effect of Surface Electric （1）多数载流子堆积状态 (2) 平 带 特征：半导体表面能带平直。 VG=0 EFm EFs Ec Ev Ei Effect of Surface Electric 特征： 1）表面能带 向下弯曲； EFm EFs Ec Ev Ei VG≥0 Qm Qs x 2）表面上的多子浓度比体内少得多，基本上耗尽，表面带负电。 （3）多数载流子耗尽状态 Effect of Surface Electric 特征： 1）Ei与EF在表面处相交（此处为本征型）； 2）表面区的少子数多子数——表面反型； 3）反型层和半导体内部之间还夹着一层耗尽层。 （4）少数载流子反型状态 Effect of Surface Electric Effect of Surface Electric （1a）表面电场分布Es 8.2.2 表面空间电荷层的电场、电势和电容 （1b）表面电荷分布Qs （1c）表面电容Cs 讨论： （1）多子积累时：Vs0,Qs0 Vs /Qs/ (2)平带：Vs=0 CFB