半导体器件的材料物理基础.pptVIP

问题讨论 第二十九页，共四十九页，2022年，8月28日 爱因斯坦关系中，扩散系数D，载流子的扩散 第三十页，共四十九页，2022年，8月28日 载流子饱和速度公式 第三十一页，共四十九页，2022年，8月28日 电阻率与击穿电压的关系 雪崩击穿电压与轻参杂的n型材料的电阻率关系 其中因子m和幂指数n对不同的器件制造工艺和材料电阻率略有些变化。 第三十二页，共四十九页，2022年，8月28日 第三节 少数载流子寿命 载流子寿命的概念 少数载流子寿命与器件特性 载流子的复合及复合寿命 第三十三页，共四十九页，2022年，8月28日 载流子寿命的概念 是半导体从载流子密度不平衡状态恢复到热平衡状态的弛豫过程所需时间的量度。 一般情况下额外载流子的注入和抽取对少数载流子的密度影响很大，热平衡的恢复主要是少数载流子热平衡的恢复，所以τ总被称作少数载流子寿命。 第三十四页，共四十九页，2022年，8月28日 少子寿命与器件特性 半导体器件工作过程中，同时存在载流子漂移、扩散、复合； 漂移：电场力的作用，外加或内建电场； 扩散：载流子浓度梯度； 与少子寿命相关的器件特性：阻断特性、开关特性、导通特性等； 第三十五页，共四十九页，2022年，8月28日 第一页，共四十九页，2022年，8月28日 基本特性参数 禁带宽度Eg 临界雪崩击穿电场强度Et 介电常数ε 载流子饱和速度Vs 载流子迁移率μ 载流子密度n(p) 少数载流子寿命τ 第二页，共四十九页，2022年，8月28日 第一节 迁移率 迁移率的定义 载流子迁移率与器件特性 载流子迁移率的影响因素 第三页，共四十九页，2022年，8月28日 载流子迁移率的定义 载流子迁移率μ: 自由载流子在单位电场作用下的平均漂移速度。 弱电场下，μ为常数； 强电场下，μ随电场增加而减小 第四页，共四十九页，2022年，8月28日 载流子迁移率与器件特性 载流子迁移率μ是决定半导体材料电阻率ρ大小的两个重要参数之一。 第五页，共四十九页，2022年，8月28日 电流承受能力和载流子迁移率有关 双极器件pn 结二极管为例，在外加电压U作用下，电流密度j满足肖克莱方程 第六页，共四十九页，2022年，8月28日 载流子迁移率与扩散系数的关系 爱因斯坦关系 在确定温度下，扩散系数的大小有迁移率唯一决定 第七页，共四十九页，2022年，8月28日 载流子迁移率与器件的工作频率 双极晶体管频率响应特性最重要的限制，是少数载流子渡越基区的时间 第八页，共四十九页，2022年，8月28日 载流子迁移率大小的影响因素 散射对载流子的迁移率具有重要影响 主要的散射机构有：晶格振动散射、电离杂质散射、载流子之间的散射等体材料中载流子散射以及表面散射 第九页，共四十九页，2022年，8月28日 晶格振动的散射 用电子和声子相互作用来描述。 在轻参杂时，占主导地位。 载流子被晶格散射过程，可以是吸收或发射声学声子，也可以是吸收或发射光学声子。 第十页，共四十九页，2022年，8月28日 两个常用的经验公式 电子迁移率： 空穴迁移率： 第十一页，共四十九页，2022年，8月28日 电离杂质的散射 半导体的杂质，电离后以静电力对运动于附近的电子和空穴产生散射作用。低温重掺杂时起主要作用 完全由电离杂质散射决定载流子迁移率大小时，迁移率与温度和电离杂质的浓度呈下列关系 第十二页，共四十九页，2022年，8月28日 载流子之间的散射 载流子对载流子的散射是运动着的多个电荷环绕其公共质心的相互散射。 相同极性载流子散射对迁移率没有影响或很小。 相反极性的载流子之间的散射可以使双方动量的弛豫，使迁移率下降。 只考虑载流子散射作用的载流子迁移率： 第十三页，共四十九页，2022年，8月28日 强电场作用下的载流子散射 弱电场下，μ为常数； 强电场下，μ随电场增加而减小 强电场下载流子漂移速度偏离弱场规律， 主要有两种表现： 速度饱和效应 负微分迁移率现象 第十四页，共四十九页，2022年，8月28日 迁移率与外场的关系