微电子学概论--Chap02.ppt

关于电容 平行板电容器 +Q -Q E d + - V 面积A 电容C定义为： Q V C＝斜率 直流和交流时均成立 一 MOS结构 交流电容 交流电容C定义为： +Q -Q E d + - V 面积A +?Q -?Q ?V Q V C（V〕＝斜率 对于理想的交流电容，C与频率无关 这里理想指电容中没有能量的耗散： 1、忽略金属引线的电阻（超导线〕 2、介质层不吸收能量 非理想的电容： Cideal Rp RS 半导体中的电容通常是交流电容 例如：突变PN结电容 和平行板 电容器形 式一样 + - V P+ N xd 偏压改变?V 未加偏压时的MOS结构 MOS 电容的结构 MOS电容中三个分离系统的能带图 功函数 无偏压时MOS结构中由于功函数差引起的表面能带弯曲 平带电压 平带电压－－使表面势为0，所需在栅上加的偏压。 施加偏压后的不同状态：积累、耗尽、反型 施加偏压后的不同状态：积累、耗尽、反型 施加偏压后的不同状态：积累、耗尽、反型 施加偏压后的不同状态：积累、耗尽、反型 MOS场效应晶体管 场效应晶体管 结型场效应晶体管 （JFET） 金属－半导体场效应晶体管 （MESFET） MOS 场效应 晶体管（MOSFET） S G D 转移特性曲线 提取阈值电压 研究亚阈特性 长沟MOSFET的输出特性 亚0.1微米MOSFET器件的发展趋势 N+ (P+) N+ (P+) P (N) Source Gate Drain N+(P+) 作业 描述二极管的工作机理 讨论PNP双极晶体管的工作原理 简单叙述PMOS晶体管的开关原理 重 点 半导体、N型半导体、P型半导体、本征半导体、非本征半导体 载流子、电子、空穴、平衡载流子、非平衡载流子、过剩载流子 能带、导带、价带、禁带 掺杂、施主、受主 输运、漂移、扩散、产生、复合 据统计：半导体器件主要有67种，另外还有110个相关的变种 所有这些器件都由少数基本模块构成： pn结 金属－半导体接触 MOS结构 异质结 超晶格 半导体器件物理基础 PN结的结构 1. PN结的形成 N P 空间电荷区XM 空间电荷区－耗尽层 XN XP 空间电荷区为高阻区，因为缺少载流子 2. 平衡的PN结：没有外加偏压 能带结构 载流子漂移(电流)和扩散(电流)过程保持平衡(相等)，形成自建场和自建势 自建场和自建势 费米能级EF：反映了电子的填充水平某一个能级被电子占据的几率为： E=EF时，能级被占据的几率为1/2 本征费米能级位于禁带中央 自建势qVbi 费米能级平直 平衡时的能带结构 3.正向偏置的PN结情形 正向偏置时，扩散大于漂移 N区 P区 空穴： 正向电流 电子： P区 N区 扩散 扩散 漂移 漂移 N P 正向的PN结电流输运过程 电流传输与转换（载流子的扩散和复合过程〕 4. PN结的反向特性 N区 P区 空穴： 电子： P区 N区 扩散 扩散 漂移 漂移 反向电流 反向偏置时，漂移大于扩散 N P N区 P区 电子： 扩散 漂移 空穴： P区 N区 扩散 漂移 反向电流 反向偏置时，漂移大于扩散 5. PN结的特性 单向导电性： 正向偏置 反向偏置 正向导通，多数载流子扩散电流 反向截止，少数载流子漂移电流 正向导通电压Vbi~0.7V(Si) 反向击穿电压Vrb 6. PN结的击穿 雪崩击穿 齐纳/隧穿击穿 7. PN结电容 § 2.4 双极晶体管 1. 双极晶体管的结构 由两个相距很近的PN结组成： 分为：NPN和PNP两种形式 基区宽度远远小于少子扩散长度 发射区 收集区 基区 发射结 收集结 发射极 收集极 基极 双极晶体管的两种形式：NPN和PNP NPN c b e c b e PNP 双极晶体管的结构和版图示意图 2.3 NPN晶体管的电流输运机制 正常工作时的载流子输运 相应的载流子分布 NPN晶体管的电流输运 NPN晶体管的电流转换 电子流 空穴流 2.3 NPN晶体管的几种组态 共基极 共发射极 共收集极 共基极 共发射极 共收集极 N N P 晶体管的共收集极接法 c b e 3. 晶体管的直流特性 3.1 共发射极的直流特性曲线 三个区域： 饱和区 放大区 截止区 3.2 共基极的直流特性曲线 4. 晶体管的特性参数 4.1 晶体管的电流增益（放大系数〕 共基极直流放大系数和交流放大系数?0 、 ? 两者的关系 共发射极直流放大系数交流放大系数?0、 ? 4.2 晶体管的反向漏电流和击穿电压 反向漏电流 Icbo：发射极开路时，收集结的反向漏电流 Iebo：收集极开路时，发射结的反向漏电流 Iceo：基极极开路时，收集极－发射极的反向