《極型半導(dǎo)體器》ppt課件

1、第三章第三章 單極型半導(dǎo)體器件單極型半導(dǎo)體器件晶體管晶體管雙極型晶體管結(jié)型晶體管：雙極型晶體管結(jié)型晶體管：有兩種載流子電子、空穴參與任務(wù)。有兩種載流子電子、空穴參與任務(wù)。單極型晶體管場效應(yīng)晶體管：單極型晶體管場效應(yīng)晶體管：只需一種極性載流子參與任務(wù)，而且是多子。只需一種極性載流子參與任務(wù)，而且是多子。單極型晶體管單極型晶體管結(jié)型場效應(yīng)晶體管結(jié)型場效應(yīng)晶體管JFET：體內(nèi)場效應(yīng)晶體管。：體內(nèi)場效應(yīng)晶體管。金屬金屬 - 半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管肖特基場效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管肖特基場效應(yīng)晶體管MESFET：體內(nèi)場效應(yīng)晶體管。：體內(nèi)場效應(yīng)晶體管。3.1 金屬金屬 半導(dǎo)體接觸半導(dǎo)體接觸3.1.1 金屬金

2、屬 半導(dǎo)體構(gòu)造半導(dǎo)體構(gòu)造一、一、 熱平衡時的能帶構(gòu)造熱平衡時的能帶構(gòu)造1. 幾個物理量幾個物理量 電子的真空能級電子的真空能級 ： 半導(dǎo)體內(nèi)部電子處于勢阱中運動，電子從其中逸半導(dǎo)體內(nèi)部電子處于勢阱中運動，電子從其中逸 出體外剛益處于靜止時的能量。出體外剛益處于靜止時的能量。 功函數(shù)功函數(shù) ： 一個起始能量等于一個起始能量等于 的電子逸出資料體內(nèi)進(jìn)入真的電子逸出資料體內(nèi)進(jìn)入真 空中所需的最小能量，空中所需的最小能量， 是以電勢表示的功函數(shù)。是以電勢表示的功函數(shù)。 其中其中 金屬功函數(shù)金屬功函數(shù) 為：為： 3- 10EWqFEMW0MFMMWEEq半導(dǎo)體功函數(shù)半導(dǎo)體功函數(shù) 為：為： 3- 2因此，

3、因此， 與摻雜情況有關(guān)。與摻雜情況有關(guān)。 電子親和能電子親和能 ： 半導(dǎo)體導(dǎo)帶底電子逸出到真空中所需的最小能量。半導(dǎo)體導(dǎo)帶底電子逸出到真空中所需的最小能量。 3- 3式中式中 稱為電子親和勢，與摻雜無關(guān)，僅由資料決議。稱為電子親和勢，與摻雜無關(guān)，僅由資料決議?？臻g電荷區(qū)空間電荷區(qū)SW0SFSSWEEqSWq0CqEE分散運動分散運動空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)建電場內(nèi)建電場漂移運動漂移運動熱平衡熱平衡 M-S 結(jié)結(jié)僅由半導(dǎo)體外表層雜質(zhì)提供，如僅由半導(dǎo)體外表層雜質(zhì)提供，如 情況情況p n 和和 都一定，沒有凈電流都一定，沒有凈電流 E內(nèi)nxW熱平衡下的能帶構(gòu)造熱平衡下的能帶構(gòu)造能帶構(gòu)造能帶構(gòu)造Al -

4、 n-Si MnSiWWn-Si Al電子能量電子能量FMFSEE能帶彎曲，構(gòu)成勢壘。能帶彎曲，構(gòu)成勢壘。0DMSqVWWDqV()()BDCFSMqqVEEq體內(nèi)Bq3- 43- 5 留意留意 能帶彎曲判別方法：能帶彎曲判別方法： 越大處電勢越高，但該處電子能量越低。越大處電勢越高，但該處電子能量越低。E內(nèi) 勢壘勢壘阻撓層肖特基勢壘：對多子其阻撓作用電阻高阻撓層肖特基勢壘：對多子其阻撓作用電阻高反阻撓層肖特基勢阱：對多子起反阻撓層肖特基勢阱：對多子起“反阻撓作用電阻低反阻撓作用電阻低) 由式由式2- 32得出，肖特基勢壘寬度得出，肖特基勢壘寬度 為：為： 3- 6 例題例題 7 畫出金屬功函

5、數(shù)畫出金屬功函數(shù) - 半導(dǎo)體功函數(shù)半導(dǎo)體功函數(shù) 結(jié)結(jié) 包括包括 n、p 型四種平衡形狀的能帶圖。型四種平衡形狀的能帶圖。1/ 22()SDDVWqNMWSWW二、二、 非平衡時的能帶構(gòu)造非平衡時的能帶構(gòu)造 判別判別 MS 結(jié)正反偏置根據(jù)結(jié)正反偏置根據(jù) 分析分析 和和 方向能否方向能否能帶構(gòu)造能帶構(gòu)造平衡平衡非平衡非平衡E內(nèi)E外相反：正向偏置相反：正向偏置一樣：反向偏置一樣：反向偏置FVRV ()DDqVq VV BBqqFMFSEEAl-Si n電子能量電子能量勢勢壘壘FMFSEE電阻高電阻高電阻低電阻低動力：外加電源提供動力：外加電源提供凈電流流動凈電流流動2. 電容效應(yīng)電容效應(yīng)類似于類似于

6、 結(jié)，外偏壓下半導(dǎo)體耗盡層寬度結(jié)，外偏壓下半導(dǎo)體耗盡層寬度 W 將改將改變，空間電荷也將改動，故存在勢壘電容。由式變，空間電荷也將改動，故存在勢壘電容。由式2- 362- 37易證明，易證明， MS 結(jié)單位面積勢壘電容結(jié)單位面積勢壘電容 可寫成：可寫成： 3 -7 這里：這里： 3 -8因此，經(jīng)過實驗丈量的因此，經(jīng)過實驗丈量的 曲線，根據(jù)式曲線，根據(jù)式2- 39 2- 40便可求出半導(dǎo)體勢壘高度便可求出半導(dǎo)體勢壘高度 及其體內(nèi)的雜質(zhì)濃及其體內(nèi)的雜質(zhì)濃度分布。度分布。p nTC122()()SDSTDqNCVVW V122()()2SDDVVW VN21TVCDV故故。Sin 212() /TG

7、SBddVCqN22III11() /() /TTGGddVddVCC曲線 曲線 ()()D BD ANN1qNSi()Si()AB由于兩個由于兩個 MS 結(jié)都構(gòu)成整流接觸，由能帶圖易知有：結(jié)都構(gòu)成整流接觸，由能帶圖易知有：式中：式中： 室溫下室溫下 由于：由于： ，故，故因此：因此： ()MMSiDCFSWqqqVEE體內(nèi)()lnCCFSDNEEkTN體內(nèi)0DnN()()D BD ANN()()()()CFS BCFS AEEEE體內(nèi)體內(nèi)( )()MbMaWW3.1.2 伏安特性及肖特基二極管伏安特性及肖特基二極管1. 定性分析定性分析1正偏正偏 勢壘高度勢壘高度 隨隨 改動改動 多子電流多

8、子電流(正向電流正向電流) 隨隨 添加而增大添加而增大 不隨不隨 改動，且改動，且 反向電流極小反向電流極小2反偏反偏下下 勢壘高度勢壘高度 升高升高 多子電流很小多子電流很小 不隨不隨 改動，且改動，且 反向電流極小反向電流極小 本身很高本身很高一、一、 整流接觸情況下的伏安特性整流接觸情況下的伏安特性FV()DFq VVFVBqFV()BDFqq VVFVRV()DRq VVBqRV()DRBq VVqBq 2. MS結(jié)整流方程結(jié)整流方程 實際結(jié)果如下：實際結(jié)果如下：式中式中 為飽和電流，其表達(dá)式與計算時采用的模型有關(guān)。為飽和電流，其表達(dá)式與計算時采用的模型有關(guān)。二、肖特基二級管二、肖特基

9、二級管肖特基二級管肖特基二級管利用金屬利用金屬 - 半導(dǎo)體整流接觸特性制成的二極管稱肖半導(dǎo)體整流接觸特性制成的二極管稱肖特基二極管。特基二極管。肖特基二極管方程肖特基二極管方程閱歷結(jié)果如下：閱歷結(jié)果如下： 3- 9 exp()1SqVJJkTSJexp()1SqVJJnkT其中，反向飽和電流其中，反向飽和電流 與電壓無關(guān)，與電壓無關(guān)， ，稱為二極管發(fā)射系數(shù)。對稱為二極管發(fā)射系數(shù)。對 Si而言，導(dǎo)通電壓而言，導(dǎo)通電壓 通常僅有通常僅有 0.3 V 左右。左右。 留意留意 肖特基二極管正向電流由半導(dǎo)體多子進(jìn)入金屬形肖特基二極管正向電流由半導(dǎo)體多子進(jìn)入金屬形 成，因此不發(fā)生積累，便直接成為漂移電流流

10、走，成，因此不發(fā)生積累，便直接成為漂移電流流走， 故比故比 pn 結(jié)二極管具有更好的高頻特性。結(jié)二極管具有更好的高頻特性。SJ1.02 1.15n 0V3.1.3 非整流接觸：隧道歐姆接觸非整流接觸：隧道歐姆接觸非整流接觸歐姆接觸特點非整流接觸歐姆接觸特點接觸電阻很小，具有線性和對稱的伏安特性。接觸電阻很小，具有線性和對稱的伏安特性。隧道歐姆接觸隧道歐姆接觸半導(dǎo)體重?fù)诫s下的半導(dǎo)體重?fù)诫s下的 M-S 接觸稱為隧道歐姆接觸。接觸稱為隧道歐姆接觸。因這時半導(dǎo)體勢壘寬度很小，易發(fā)生隧道效應(yīng)，隧道因這時半導(dǎo)體勢壘寬度很小，易發(fā)生隧道效應(yīng)，隧道電流成為二極管電流主要部分。這種電流具有近似線電流成為二極管電流主要部分。這種電流具有近似線性和對稱的伏安關(guān)系，故接觸電阻很小。性和對稱的伏安關(guān)系，故接觸電阻很小。MS 結(jié)結(jié)整流接觸：接觸本身產(chǎn)生明顯阻抗，具有阻撓特性。整流接觸：接觸本身產(chǎn)生明顯阻抗，具有阻撓特性。 例如當(dāng)例如當(dāng) ， 時形時形 成的肖特基勢壘。成的肖特基勢壘。非整流接觸歐姆接觸：接觸本身不產(chǎn)生明顯阻抗，非整流接觸歐姆接觸：接觸本身不產(chǎn)生明顯阻抗， 具有非阻撓歐姆特性。具有非阻撓歐姆特性。 1隧道歐姆接觸：接觸區(qū)中的半導(dǎo)體重?fù)诫s，直至簡倂。隧道歐姆接觸：接觸區(qū)中的半導(dǎo)體重?fù)诫s，直至簡倂。 2肖特基歐