集成电路材料与器件物理基础综述.pptxVIP

第二章 集成电路材料与器件物理基础§2.1-2.3 略§2.4 PN结及结型二极管§2.5 双极型晶体管§2.6 MOS晶体管§2.7 MESFET集成电路材料分类材料电导率（S/cm）导体铝、金、钨、铜等，镍铬等合金，重掺多晶硅~105半导体硅、锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓10-9 ~102绝缘体SiO2、Si3N410-22 ~10-14§2.4 PN结了解pn结的意义pn结---多数半导体器件的核心单元电子器件：整流器 (rectifier) 检波器 (radiodetector)双极晶体管 (BJT)光电器件：太阳能电池 (solar cell) 发光二极管（LED）半导体激光器 （LD）光电二极管(PD)pnpn 结的结构通过控制施主与受主浓度的办法，形成分别以电子和空穴为主的两种导电区域，其交界处即被称为p-n结。根据杂质浓度的分布，可以划分为： 突变结 线形缓变结根据结两边的材料不同，可划分为： 同质pn结 异质pn结电子 空穴 eVbipn 结形成的物理过程在接触前分立的P型和N型硅的能带图 扩散E 漂移 eVbi扩散扩散漂移平衡态的pn结 扩散电流pn 空间电荷区 内建电场 E 漂移电流 E C E 接触电势差 Vbi FE i EV （b）接触后的能带图0+--pn反向偏压下的PN结电压表随着反向偏压的增加，PN结的耗尽区加宽。0+--pn正向偏压下的PN结电压表随着正向偏压的增加，PN结的耗尽区变窄。qVDEipEcEFq(Vbi –VD)EinEipEFpEvEcEFnEinEvq(Vbi –VD)EcEipEFnEFpEinEv平衡态下理想PN结的能带图正向偏压下理想PN结的能带图反向偏压下理想PN结的能带图PN结符号理想PN结半导体二极管电流方程PN结的基本应用整流：使一个正弦波流经二极管，则只有大于零的正向部分会到达后面的电路，这种滤除负向信号的过程称为整流电流隔离：电流单向流动E0E0E0E0EcEcEFmEFnEFpqVDqVDEFmEvEvEcEFEvqVD§2.4 结型二极管金属与P型材料接触金属与N型材料接触内建电场E内建电场EqVDEcEFEv肖特基接触肖特基接触是指金属和半导体材料相接触的时候，在界面处半导体的能带弯曲，形成肖特基势垒。势垒的存在才导致了大的界面电阻。具有肖特基接触的金属与半导体界面形成结二极管，符号反向偏压，垫垒提高，无电流通过正向偏压，垫垒降低，有电流通过欧姆接触欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻。金属作为半导体器件的电极，要求具有欧姆接触。欧姆接触的金属与P型材料的选择欧姆接触的金属与N型材料的选择E0E0E0E0EcEcEFmEFnEFpEFmEvEv实现良好的欧姆接触：(1) 选择金属与半导体材料，使其结区势垒较低(2) 半导体材料高掺杂双极型晶体管 第一个PN结须正偏，才能正常工作，阀值电压为0.8V。 整个器件上跨接5V的电压，已经进入P区的电子会继续向上运动。 P区要很薄，才能保证跨接的5V的电压对电子的控制。 底部的N型半导体提供电子，叫发射极（Emitter） P型半导体作为PN结的基本结构，叫基区 （Base） 顶部的N型半导体收集另一个N型半导体提供的电子，叫集电极（Collector)双极型晶体管N集电结P发射结N工作状态： 发射结正偏，集电结反偏时，为放大工作状态。 发射结正偏，集电结也正偏时，为饱和工作状态。 发射结反偏，集电结也反偏时，为载断工作状态。 发射结反偏，集电结正偏时，为反向工作状态。源漏漏源§2.6 MOS晶体管场效应晶体管（FET）由于附近电压作用而形成电子或空穴聚积的效应称为场效应。负电压使越来越多的电穴聚积起来，源漏电流越来越小，最终形成NPN结构，无源漏电流附近正电压所产生的场效应有效提高半导体材料表面电子数目，从而获得更大电流夹断MOS 晶体管源漏常开型，也称耗尽型晶体管栅常关型，也称增强型晶体管MOS 晶体管Complementary Metal Oxide Semiconductor （CMOS） 栅极多采用掺杂多晶硅，绝缘层采用二氧化硅。 增强型MOS晶体管栅区较小且形状不随电场变化。 CMOS电路里，全部采用增强型的NMOS和PMOS。VGS+VDS+GNDVGS+漏源VDS+GNDN漏源N饱和区：0(VGS-VT）VDS，电流与VDS 无关VGS+载止区：VGSVT，无电流通过VT为引起沟通区表面反型的最小栅电压，也称阀值电压。VDS+GND漏源N线性区：(VGS-VT）VDS0，电流与VDS ，VGS有关MOS 晶体管MOS 晶体管其中 为跨导系数饱和区载止区IDS和哪些参数有关？线性区