半导体物理学ppt-刘恩科.ppt

练习 1、为什么pn结在反偏压下有一小的饱和电流 2、试分别描述势垒电容和扩散电容的由来 半导体中的电子状态 半导体中杂质和缺陷能级 半导体中载流子的统计分布 半导体的导电性 非平衡载流子 pn结 金属和半导体的接触 半导体表面与MIS结构 半导体物理学 金属和半导体的接触 金属和半导体的功函数 金属和半导体的接触 金属和半导体的接触 整流理论 金属和N型半导体的接触 扩散理论 对于N型阻挡层，当势垒的宽度比电子的平均自由程大地多时，电子通过势垒区要发生多次碰撞，这样的阻挡层称为厚阻挡层。 扩散理论适用于厚阻挡 肖特基势垒二极管与二极管的比较 相同点 单向导电性 不同点 正向导通时，pn结正向电流由少数载流子的扩散运动形成，而肖特基势垒二极管的正向电流由半导体的多数载流子发生漂移运动直接进入金属形成，因此后者比前者具有更好的高频特性 肖特基势垒二极管的势垒区只存在于半导体一侧 肖特基势垒二极管具有较低的导通电压，一般为0.3V，pn结一般为0.7V 欧姆接触 欧姆接触 不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变，为非整流接触 若 ，金属和n型半导体接触可形成反阻挡层； 时，金属和p型半导体接触也能形成反阻挡层，反阻挡层没有整流作用，可实现欧姆接触 实际生产中利用隧道效应的原理，把半导体一侧重掺杂形成金属—n+n或金属—p+p结构，从而得到理想的欧姆接触 半导体中的电子状态 半导体中杂质和缺陷能级 半导体中载流子的统计分布 半导体的导电性 非平衡载流子 pn结 金属和半导体的接触 半导体表面与MIS结构 半导体物理学 MIS结构 能带图 能带图-1 无偏压时MOS结构中由于功函数差引起的表面能带弯曲 MIS结构 理想情况 金属与半导体间功函数差为零 绝缘层内没有任何电荷且绝缘层完全不导电 绝缘体与半导体界面处不存在任何界面态 积累 耗尽 耗尽-1 （边界条件） 反型 反型-1 耗尽层电荷: 外加偏置 Qs ?s ?s =0, Qs=0, ?=0, flat band ?s 0, Qs0, accumulation ?s 0, Qs0, depletion ?s 0, Qs0, weak inversion ?s =2 ?F, the onset of strong inversion ?s 2 ?F, Strong inversion MIS结构的基本公式 MOS结构的基本公式-1 总电势差: 理想二极管方程 PN结正偏时 理想二极管方程 PN结反偏时 定量方程 基本假设 P型区及N型区掺杂均匀分布，是突变结。 电中性区宽度远大于扩散长度。 冶金结为面积足够大的平面，不考虑边缘效应，载流子在PN结中一维流动。 空间电荷区宽度远小于少子扩散长度, 不考虑空间电荷区的产生—复合作用。 P型区和N型区的电阻率都足够低，外加电压全部降落在过渡区上。 准中性区的载流子运动情况 稳态时, 假设GL=0 边界条件: 图6.4 欧姆接触边界 耗尽层边界 边界条件 欧姆接触边界 耗尽层边界(pn结定律) 耗尽层边界 P型一侧 P N 耗尽层边界(续) N型一侧 耗尽层边界处非平衡载流子浓度与 外加电压有关 准中性区载流子浓度 理想二极管方程 求解过程 准中性区少子扩散方程 求Jp(xn) 求Jn(-xp) J= Jp(xn)+ Jn(-xp) 理想二极管方程(1) 新的坐标: 边界条件: -xp xn 0 x X’ 空穴电流 一般解 电子电流 P型侧 PN结电流 PN结电流与温度的关系 与理想情况的偏差 大注入效应 空间电荷区的复合 空间电荷区的产生与复合 正向有复合电流 反向有产生电流 空间电荷区的产生与复合-1 反向偏置时, 正向偏置时, 计算比较复杂 VA愈低，IR-G愈是起支配作用 VA?Vbi时的大电流现象 串联电阻效应 q/kT Log(I) VA VA?Vbi时的大电流现象-1 大注入效应 大注入是指正偏工作时注入载流子密度等于或高于平衡态多子密度的工作状态。pn≥nno VA?Vbi时的大电流现象-2 VA?Vbi时的大电流现象-3 VA越大, 电流上升变缓 反向击穿 电流急剧增加 可逆 雪崩倍增 齐纳过程 不可逆 热击穿 雪崩倍增 齐纳过程 产生了隧穿效应 E 隧道穿透几率P： 隧道长度: 隧道击穿: VB4Eg/q 雪崩击穿：VB6Eg/q PN结二极管的等效电路 小信号加到PN结上 ~ + - va VA + - P N Rs G C 反向偏置结电容 也称势垒电容或过渡区电容 反向偏置结电容-1 反向偏置结电容-2 耗尽近似下