半导体物理与器件基础知识.docx

9金属半导体与半导体异质结 一、肖特基势垒二极管 欧姆接触：通过金属-半导体的接触实现的连接。接触电阻很低。 金属与半导体接触时，在未接触时，半导体的费米能级高于金属的费米能级，接 触后，半导体的电子流向金属，使得金属的费米能级上升。之间形成势垒为肖特 基势垒。 在金属与半导体接触处，场強达到最大值，山于金属中场强为零，所以在金属一一 半导体结的金属区中存在表面负电荷。 影响肖特基势垒高度的非理想因素：肖特基效应的影响，即势垒的镜像力降低效 应。金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程下降曲线。附 图： x = 0 x = 0 ⑷金属?电介质表面想像的电场线;（b）零电场时的駛能曲线;心）恒定电场时的电势 1 / 16 的扩散运动决定电流，而是取决于多数载流子通过热电子发射跃迁过内建电势差 形成。附肖特基势垒二极管加反偏电压时的I-V曲线： 反向电流随反偏电压 增大而增大是由于势垒降低的影响。 肖特基势垒二极管与Pn结二极管的比较：1 ?反向饱和电流密度（同上），有效开 启电压低于Pn结二极管的有效开启电压。2?开关特性肖特基二极管更好。应为 肖特基二极管是一个多子导电器件，加正向偏压时不会产生扩散电容。从正偏到 反偏时也不存在像Pn结器件的少数载流子存储效应。 金属-半导体的欧姆接触 附金属分别与'型P型半导体接触的能带示意图金属半导依和卓导体鼻-图9.II对＜0 ,金属与n型半导体结欧姆接翘的却总 ）也是在金属与半导体间加一正电压时的能带图： 附金属分别与'型P型半导体接触的能带示意图 金属半导依和卓导体鼻- 图9.II对＜0 ,金属与n型半导体结欧姆接翘的却总 ）也是在金属与半导体间加一正电压时的能带图： 4「丿、属间加一止I 2015-08-14 14:00 图9.13对于金属与P Ef L - Er 半导休的情形，这种结也是欧姆接触。 钳化我们还可以想像各M 2015-08-14 14:01 异质结：两种不同的半导体形成一个结 小结：1 ?当在金属与半导体之间加一个正向电圧时，半导体与金属之间的势垒高 度降低，电子很容易从半导体流向金属，称为热电子发射。 2.肖特基二极管的反向饱和电流比pn结的大，因此达到相同电流时，肖特基二 极管所需的反偏电压要低。 10双极型晶体管 双极型晶体管有三个掺杂不同的扩散区和两个Pn结，两个结很近所以之间可以 互相作用。之所以成为双极型晶体管，是应为这种器件中包含电子和空穴两种极 性不同的载流子运动。 一、工作原理 附npn型和pnp型的结构图 v…MM v…MM的悼W将上 肌将认取川皿幔晶体骨的餅 l<0 2015-0&14 14:14 聞用I" I （小啊伙栩1"弹屮乜WZ 2015-0&14 14:14 聞 M惱I祁训11 ilMIHlWM M 发射区掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度最低 附常规npn截面图 、'「、"样?胡伍沂彼此之间必须隔离起总冈为出 正同-个电位上。添加『区形成反偏的冲结，可将器件 也可以实现隔离（如图10.21）所示）。 B E图10.2 （a）集成电路中的常规吓或用ni)"讥2中需要注意叫熨双极晶体筲;（刃氧化物隔' ―点是.丐掛招体管不是对称的 匚1 Q?如徴由反的掺杂浓度鬼 造成实际结构复杂的原因是：1 ?各端点引线要做在表面上，为了降低半导体的电 阻，必须要有重掺杂的\+型掩埋层。2?—片半导体材料上要做很多的双极型晶 体管，各自必须隔离，应为不是所有的集电极都是同一个电位。 通常情况下，BE结是正偏的， B E 图10.2 （a）集成电路中的常规吓 或用ni) "讥2中需要注意叫 山于发射结正偏，电子就从发射区越过发射结注入到基区。BC结反偏，所以在 BC结边界，理想情况下少子电子浓度为零。 附基区中电子浓度示意图： E B空阖 B4电子浓度梯度表明，从发射区注入的电子会越过基区扩散到 E B空阖 B4 电子浓度梯度表明，从发射区注入的电子会越过基区扩散到BC结的空间电荷区, 那里的电场会将电子扫到集电区。我们希望更多的电子能够进入集电区而不是在 基区和多子空穴复合。因此和少子扩散长度相比，基区宽度必须很小。 丄作模式：附共发射极电路中npn型双极型晶体管示意图 如果B——E电压为零或者小于零（反偏），那么发射区中的多子电子就不会注 入到基区。由于B——C也是反偏的，这种情况下，发射机电流和集电极电流是 零。称为截至状态。 随着B——E结电压增大，集电极电流会增大，从而集电极上电阻分压Vr增大, 意味着在晶体管CB上分压绝对值减小；在某一点出，集电极电流会增大到组后 大使得电阻分压后再BC结零偏。过了这一点后，集电极电流微笑增加会导致Vr 微小增加，从而使B——C结变为正偏（Vcb<0）o称为饱和。饱和时，B——