微电子器件（第3版）全套PPT课件.pptx

微电子器件;本课程的主要内容是什么？;;美国贝尔实验室发明的世界上第一支锗点接触双极晶体管;1956年出现了扩散工艺，1959年开发出了硅平面工艺，为以后集成电路的大发展奠定了技术基础。1959年美国的仙童公司（Fairchilds）开发出了第一块用硅平面工艺制造的集成电路，并于2000年获得诺贝尔物理奖。;半导体器件内的载流子在外电场作用下的运动规律可以用一套基本方程来加以描述，这套基本方程是分析一切半导体器件的基本数学工具。

半导体器件基本方程是由麦克斯韦方程组结合半导体的固体物理特性推导出来的。这些方程都是三维的。;对于数量场;所以泊松方程又可写成;2.输运方程

输运方程又称为电流密度方程。;3.连续性方程;4.方程的积分形式

以上各方程均为微分形式。其中方程(1-1)、(1-4)、(1-5)可根据场论中的积分变换公式;上面的方程（1-6）;方程(1-7)、(1-8);在用基本方程分析半导体器件时，有两条途径，一条是用计算机求数值解。这就是通常所说的半导体器件的数值模拟；另一条是求基本方程的解析解，得到解的封闭形式的表达式。但求解析解是非常困难的。一般需先对基本方程在一定的近似条件下加以简化后再求解。本课程只讨论第二条途径。;;;例1.2对于方程（1-10），;例1.3对于方程（1-12）、（1-13）中的净复合率U，当作如下假设：(1)复合中心对电子空穴有相同的俘获截面；(2)复合中心的能级与本征费米能级相等，则U可表为;例1.4将电子的扩散电流密度方程(1-16);例1.5对于泊松方程的积分形式(1-6)，;式中，，分别代表体积V内的电子总电荷量和非平衡电子总电荷量。;方程（1-26）~（1-29）是电荷控制模型中的常用公式，只是具体形式或符号视不同情况而可能有所不同。;;;第2章习题;;突变结：P区与N区的杂质浓度都是均匀的，杂质浓度在冶金结面（x=0）处发生突变。当一侧的浓度远大于另一侧时，称为单边突变结，分别记为PN+单边突变结和P+N单边突变结。;平衡状??：PN结内部的温度均匀稳定，不存在外加电压、光照、磁场、辐射等外作用。;;;耗尽近似：假设空间电荷区内的载流子完全扩散掉，即完全耗尽，空间电荷完全由电离杂质提供。这时空间电荷区又可称为“耗尽区”。;对于突变结，由第一章例1.1的式（1-14a），当采用耗尽近似后，在N区的耗尽区中，泊松方程为;;在x=0处，内建电场达到最大值，;对内建电场作积分可得内建电势（也称为扩散电势）Vbi;但是有4个未知数，即、、和。下面用另一种方法来求。;并可进一步求出内建电势为;;最后可得;;;在平衡状态下，PN结能带图中的费米能级EF是水平的，而耗尽区中的导带底EC、价带顶EV与本征费米能级Ei则均与电子电位能分布有相同的形状，因此平衡PN结的能带图如下图所示。;;下面讨论载流子的浓度分布。平衡载流子浓度可表为;;内建电势Vbi为;以上关于平衡PN结的各公式，都可推广到有外加电压时的情形。如果设外加电压全部降落在耗尽区上，则只需将各公式中的Vbi用(Vbi–V)代替即可。注意外加电压的参考极性与Vbi相反。;则当有外加电压V时，势垒区中的载流子浓度乘积为;2.1.5耗尽近似和中性近似的适用性

以上在求解泊松方程时采用了耗尽近似和中性近似。实际上载流子在所谓的耗尽区内并未严格耗尽，这从n(x)和p(x)的表达式也可看出来。载流子浓度在耗尽区和中性区的边界附近也是逐渐过渡的，在中性区中靠近耗尽区的地方，载流子浓度已开始减少。然而严格的计算表明，精确结果与采用耗尽近似所得到的结果是相当接近的，采用耗尽近似不致引入太大的误差，但却可使计