高等半导体物理学.ppt

理想的MIS结构:金属与半导体间功函数差为零绝缘层中无电荷且绝缘层完全不导电绝缘层与半导体界面处不存在任何界面态?MIS结构是一电容?在金属与半导体间加电压后,金属和半导体相对的两个面上被充电,符号相反?金属中,电荷分布在一个原子层范围内;半导体中,电荷分布在一定厚度的表面层内---空间电荷区－－－－－－－－－－+++++++++－MISVG空间电荷区表面与体内的电势差为表面势，用VS表示。规定：表面电势比内部高时，VS0，反之，表面电势比内部低时，VS0。外加正偏压VG时(M为正)，电场由表面指向体内，VS0；外加反向偏压时，VG0，电场由体内指向表面，VS0。x0V(x)VsxV(x)0VsVG＞0VG＜02．能带弯曲和载流子浓度的变化(1)能带弯曲有表面势存在时，空间电荷区内的电子受到一个附加电势的作用，电子的能量变为：EC(x)=EC?q?V(x)?、EV(x)=EV?q?V(x)?●VG0，VS0时，取负号，空间电荷区的能带从体内到表面向下弯曲●VG0，VS0时，取正号，空间电荷区的能带从体内到表面向上弯曲(2)载流子浓度体内：EC，EV空间电荷区：V(x)0，能带向下弯V(x)0空穴的势垒空间电荷区：0xEFV(x)0，能带向上弯V(x)0电子的势垒空间电荷区：0xX=0V(x)=Vs表面上3．P型半导体表面空间电荷层的四种基本状态(1)VG0，金属接负，半导体接正VS为负，能带上弯多子堆积表面层出现空穴堆积,带正电EFmEFs0将这种多子浓度高于体内平衡浓度的表面层叫多子堆积层，称此时的表面空间电荷层处于多子堆积状态。多子空穴空间电荷特征：1）能带向上弯曲并接近EF；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。xQsQmEFmEcEiEvEv1Ec1EFs无空间电荷(2)VG=0，VS=0，平带半导体表面电荷堆积为0，称这种状态为平带状态。特征：半导体表面能带平直。(3)VG0，金属接+，半导体接负EcEvEFEiqVsqVBVB是体内势：多子耗尽ps(po)p，空间电荷区的负电荷绝大部分为过剩的电离的受主IM++++++S－－－－－－电离的受主这种状态称为多子的耗尽状态，空间电荷区为耗尽层。空间电荷特征：1）表面能带向下弯曲；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。QmQsx（4）VG0反型层界面EcEiEFEvqVsxqVqVBEg半导体绝缘体表面空间电荷区内能带的弯曲P电子称这个状态为反型状态电子电离受主空间电荷反型少子堆积弱反型：psns(po)p强反型：ns(po)p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。表面反型条件出现强反型的临界条件，ns=(po)p强反型出现VG0VS0,VG=0,VG0,VG0多子堆积,平带,多子耗尽,反型少子堆积VG变化?VS变化?能带弯曲?电荷分布变化4．N型半导体表面空间电荷层的四种基本状态1)VG0,VS0能带下弯，ns(n0)n多子的堆积?????EF2)VG=0，VS=0平带3)VG0，VS0能带上弯，ns(n0)n为电子势垒+++电离施主4)VG0++°°°空穴表面处形成了p型材料，即反型层多子耗尽EFEi弱反型：nsps(no)n强反型：ps(no)nEF高等半导体物理学

第四章半导体表面2020年11月24日第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面第四章半导体表面