半导体器件-器件基本构件3.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,半导体器件基本构件,1,、金属半导体接触,2,、,pn,结二极管,3,、金属绝缘体半导体结构,金属半导体接触,目的,1,、掌握相关的基本概念：功函数、电子亲和势、表面势等。,2,、画出金属,-,半导体接触能带图,3,、知道制作欧姆接触的方法。,功函数,金属的功函数,W,m,金属的功函数表示一个起始能量等于费米能级,的电子，由金属内部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量。,E,0,(E,F,),m,W,m,E,0,为真空中电子的能量，又称为真空能级。,半导体的功函数,W,s,E,0,与费米能级之差称为半导体的功函数。,E,c,(E,F,),s,E,v,E,0,W,s,表示从,E,c,到,E,0,的能量间隔：,称,为电子的亲和能，它表示要使半导体导带,底的电子逸出体外所需要的最小能量。,E,n,E,p,n,型半导体：,E,c,(E,F,),s,E,v,E,0,W,s,E,n,E,p,p,型半导体：,设想有一块金属和一块,非简并,n,型,半导体，并假定,金属的功函数大于半导体的功函数，即：,2,、接触电势差,接触前：,E,0,E,c,(E,F,),s,E,v,W,s,E,n,W,m,(E,F,),m,+,+,+,E,0,E,c,(E,F,),s,E,v,W,s,E,n,W,m,(E,F,),m,E,n,E,c,E,v,(E,F,),s,eV,D,e,ns,W,m,接触前：,接触后：,金属,n,型半导体,E,W,m,W,s,形成表面势垒,接触电势差,ns,=W,m,-,势垒区电子浓度比体内小得多,高阻区,(,阻挡 层,),。,界面处的势垒通常称为肖特基势垒。,E,n,E,c,E,v,(E,F,),s,eV,D,e,ns,W,m,金属与,n,型半导体接触,若,W,m,W,s,，能带向,上弯曲，形成,P,型反阻挡层。,金属与,p,型半导体接触时，若,W,m,W,s,阻挡层,反阻挡层,W,m,W,s,反阻挡层,阻挡层,上述金半接触模型即为,Schottky,模型：,3,、金属半导体接触整流理论,阻挡层的整流作用,以,n,型半导体为例：,接触电势差,V,S,0,则势垒高度降低为,e,V,D,=-e(V,s,+V),外加一个负电压,V0,，势垒高度增加,E,c,(E,F,),s,e,ns,-e(Vs+V),eV,D,4,、欧姆接触,定义：不产生明显的附加阻抗，不会使半导体内部载流子浓度发生显著改变。,技术路线设计：,反阻挡层？,隧道效应？,半导体在重掺杂时，和金属的接触可以形成接近理想的欧姆接触。,在半导体上制作一层重搀杂区后再与金属接触。,Si,电子亲和势,4.05eV,金属功函数,PN,结二极管,目的,从能带的角度定性的理解,pn,结二极管的工作原理。,画出,pn,结二极管热平衡、正反偏置的能带图。,理解实际二极管与理想二极管特性的区别。,正确的画出,pn,结二极管的电流,-,电压曲线。,明确肖特基二极管与,pn,结二极管的区别,PN,结：,PN,结的形成（热平衡，理想情况）,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,载流子的扩散运动,建立内电场,内电场对载流子的作用,扩散运动和,漂移运动达到,动态平衡,，,交界面形成稳定的,空间电荷区,，即,结,P,区,N,区,PN,结分析导电特性的几个假设,（,1,）外加电压全部降落在耗尽区上，耗尽区以外的半导体是电中性的，可忽略中性区的体电阻和接触电阻；,（,2,）均匀掺杂；,（,3,）小注入,(,即注入的非平衡少子浓度远小于多子浓度,),；,（,4,）耗尽区内无复合和产生；,（,5,）半导体非简并。,（,6,）,P,型区、,N,型区的宽度远大于少子扩散长度,pn,结二极管,+,-,p,型,n,型,P,型,E,cp,E,Fp,E,vp,E,cn,E,Fn,E,vn,N,型,E,F,E,cp,E,vp,E,cn,E,vn,eV,D,热平衡的,PN,结能带图,施加正向电压能通过较大电流，正向导通；施加反向电压时，电流趋于饱和（很小），称,PN,结处于反向截至。,PN,结具有单向导电性,门槛电压,死区,正向特性,反向特性,小电流,大注入,I,V,0.7V,串联电阻,实际,pn,结二极管电流电压,肖特基势垒二极管,(SBD),和,pn,结二极管：,1,）,正向导通门限电压和正向压降都比,PN,结二极管低（约低,0.2V,）。,2,）由于,SBD,是一种多数载流子导电器件，不存在少数载流子寿命和反向恢复问题。由于,SBD,的反向恢复电荷非常少，故开关速度非常快，开关损耗也特别小，尤其适合于高频应用。,3,）,SBD,的反向势垒较薄，并且在其表面极易发生击穿，所以反向击穿电压比较低。由于,SBD,比,PN,结二极管更容易受热击穿，反向漏电流比,PN,结二极管大。,金属绝缘体半导体结构,Metal-insulator-semiconductor,目的,1,、画出能带图。热平衡及正反偏置,2,、理解正反偏置时电荷的变化情况,3,、画出,MIS,结构的,C-V,曲线。,金属,绝缘体,半导体,+,-,M I S,金属,绝缘体,p-,半导体,+,-,耗尽,+,-,反型,-,+,M I S,金属,绝缘体,p-,半导体,+,-,+,-,积累,MIS,电容曲线,作业,4,：画出,n,型半导体的理想,MIS,电容器的高频和低频,C-V,曲线。,