第二章 半导体材料表征技术.ppt

Raman光谱法的特点 缺点 Raman散射面积 不同振动峰重叠和Raman散射强度容易受光学系统参数等因素的影响 荧光现象对傅立叶变换Raman光谱分析的干扰 在进行傅立叶变换光谱分析时，常出现曲线的非线性的问题 任何一物质的引入都会对被测体体系带来某种程度的污染，这等于引入了一些误差的可能性，会对分析的结果产生产生一定的影响。 经离子注入后的 半导体损伤分布 外延层的质量 Text Raman光谱应用一：半导体材料 半磁半导体的组分 外延层混品的组分 载流子浓度 Raman光谱的应用二：全碳分子 从图中可以看出，不同的碳材料其拉曼光谱不同，因此可以彼此区分。 用拉曼光谱研究金刚石膜的生长过程： a生长2min样品的Raman光谱 b生长30min样品的Raman光谱 c生长1h样品的Raman光谱 d生长2h样品的Raman光谱 Raman光谱的应用三：薄膜结构材料 MOSFET简介 MOSFET,即Mental Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 的简称，金属-氧化物半导体场效应二极管是集成电路中最重要的单级器件 图a为N沟道MOSFET，在P型硅片上形成两个高掺杂的N区，其中一个源区，用S表示，另一个漏区，用D表示，在源和漏区之间的P型硅片上有一薄层二氧化铝，称为栅氧化层，二氧化硅上有一导电层，称为栅极，用G表示，P型硅本身构成器件的衬底区，称为MOSFET的体区，用B表示，他是一个四端器件，分别为G，S,D，B,由于MOSFET的结构是对称的，无法区别器件的源和漏，对于，N沟道的MOSFET，通常漏源之间加偏压后，将电位低的一端称为源，另一端称为漏，其电流方向由漏端流向源端。 当施加在栅极上的电压为0时，源区和漏区被中间的P型区隔开，源和漏之间相当于两个背靠背的PN结，在这种情况下，即使源和漏之间加一定的电压，也没有明显的电流，只有少量的pn结反向电流。当栅极上加有一定的正电压V0，会形成电子导电沟道，如果这时在源漏之间加一电压，就会有明显的电流通过。 电流与电压的关系 在正常工作条件下，MOSFET的漏极电压使源-衬底和漏-衬底的两个pn结反向偏置，对于n沟道的MOSFET，通常源和衬底均接地，Vs=Vb=0,漏极接正电极，Vds0,若在栅极上加的偏压VgsVt,未形成导电沟道，则漏源之间只有很小的反向pn 结电流，MOSFET处于截止区，当VgsVt时，形成反型导电沟道，反型沟道把源区和漏区沟通起来，于是有电子自源向漏流动，电流的方向就是自漏向源的，常用Ids表示，因此可用MOSFET作为开关， 由于反型层电荷强烈依赖于栅极，可利用栅压控制沟道电流，并由此实现放大作用，所以MOSFET常被称为电压控制器件。 当MOSFET沟道中有电流通过时，沿沟道方向（y方向）会产生电压降，使MOS结构处于非平衡状态，N型沟道的厚度，能带连同其费米能级沿y方向均随电压的变化而倾斜 (1)线性区： 图（a）是Vds较小时的情形，这时沿沟道电势变化较小，即y方向的电场强度较小，整个沟道厚度的变化不大，漏极电流IDS随漏电压的变化而线性变化，因此称为线性区，在线性区，当VG.Vt时，Ids随Vds线性增加。 饱和区 随着Vds的增大，的曲线与线性关系的偏离越来越大，当时，漏极附近不再存在反型层，这时沟道在漏极附近被夹断，如图b ,在夹断区的电子数目很少，成为了一个高阻区，但在夹断点与漏极之间沿y方向的电场很强，可以把沟道中流过来的电子拉向漏极，沟道被夹断后，若再增加，增加的漏压主要降落在夹断点和漏之间的高阻区上，如图C，这时，漏电流基本不随漏电压增加，因此称为饱和区，这时漏电流称为饱和电流： 实际上，当 以后，由于夹断点会稍微向源区方向移动，有效沟道长度随的增加而略减小，漏电流 随漏压 的增加而略有增加 击穿区 饱和区过后，若漏极电压继续增加到一定程度时，晶体管将进入击穿区，在该区随 的增加 迅速增大，直至引起漏衬底pn结击穿。 亚阈区 当栅极电压低于阈值电压时，虽然没有形成显著的导电沟道，但实际MOSFET中，由于半导体表面弱反型，漏电流并不为0，而是按指数规律随栅压变化，通常称此电流为弱反型电流或亚阈值电流，它主要有载流子（电子）的扩散引起。 3 MOSFET直流特性曲线 如图2.54所示 若固定 ，可测得与的关系曲线，如果我们取不同的，可得一组曲线，即为MOSFET的特性转移曲线，它反映了栅极对漏源沟道电流的调控情况。 固定源极电压和栅极电压 ，可测得和的关系曲线，对于不同的可得一组曲线，即为MOSFET的输出