物理-半導(dǎo)體器件chapterpn結(jié)與金屬接觸

PhysicsofSemiconductor No.30Building PN采用硅平面工 光刻膠NN拋光處理后的N型硅

采用干法或濕法氧

N光刻膠層(負膠）勻晶 紫外

工藝的晶片氧化層制

及堅NSi

光刻膠

掩模板

n

光刻NN

PN PPNNNN

N形成P-N結(jié)PPPPNNN金屬蒸發(fā)/濺射金 金屬 、結(jié)的形 時將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下

自建電

內(nèi)電 多子擴 間的接觸電勢差。按照多種材料串聯(lián)接觸的電勢差在同一溫度下只決定于第一種材料和最后一種材料而和中間任何一種材料無關(guān)這一性質(zhì)，不難理解，用普通不應(yīng)考慮這個電勢差。但內(nèi)建電勢影響載流子分布，在研究半導(dǎo)體器件的物理過程時是非常重要。 、平衡 kTlnNANDnq nqi 電場引起的附加勢能。能帶上移的高度即為接觸電 度度。 二、非平衡pn為分析方便，規(guī)定區(qū)接電源正極為正向偏置，反、結(jié)的正向特np0

pn0Dp jjp(x)jn(x)

Lp

2

np0

pn0Dp

jjp(x)jn(x)

ekT

Lp pnxp

pnxn

pn0 正向?qū)妷?擊穿機理：熱擊穿、雪崩擊穿和隧道擊穿。后兩種熱擊穿：當(dāng)結(jié)外加反向偏壓增加時，對應(yīng)于反向電流所損耗的功率增大，產(chǎn)生的熱量也增加，從而引起結(jié)溫上升，而結(jié)溫的升高又導(dǎo)致反向電流增大如果產(chǎn)生的熱量不 散發(fā)出去，結(jié)溫上升和反向電流的增加將會交替進行下去，最后使反向電流無限增長，如果沒有保護措施，pn結(jié)將被燒毀而永久失效。這種擊穿是由熱效應(yīng)引起的，所以稱熱擊 PN結(jié)反向電壓增加到一定數(shù)值（VB）時，反向電流開始急劇上升，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)擊穿。VB PN結(jié)摻雜濃度十分高3）時，耗盡區(qū)內(nèi)的電場高達

>6

pnpn 勢壘電當(dāng)外加電壓VA變化時，pn結(jié)的空間電荷寬度跟著發(fā)生變化，因而勢壘區(qū)的電荷量也就隨外加電壓變化而變化。這相當(dāng)PN結(jié)中的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電效應(yīng)。因為發(fā)生在勢壘 Q 擴散電v(t)。既然結(jié)外加電壓包括直流分量和交流分量，PN結(jié)擴散電容來源于擴散區(qū)積累的過剩載流子電 外加電壓變化時，擴散區(qū)任意小的局部范圍內(nèi)，電子和空穴的數(shù)量都以相同的速率增加和減少；充放電過程中，擴散區(qū)始終維持電中性。所以，擴散電容的正負電荷應(yīng)理解為空間同一位置上價 頻率特性：半導(dǎo)體器件用于模擬電路（處理連續(xù)波） 結(jié)小信號工作時的特點是信號電流與信號電壓滿足線性關(guān)系，即器件內(nèi)部載流子分布的變化跟得上信號的變化。結(jié)小信號工作時的特點是信號電流與信號電壓滿足線性關(guān)系，即器件內(nèi)部載流子分布的變化跟得上信號的變化。結(jié)在大信pn結(jié)開關(guān)特TURN-ONOFAPN(2)TURN-OFFOFAPN p由于If、Ir常受到電路中其他條件的限制， 出半導(dǎo)體時少受阻力 金屬-半導(dǎo)體接觸勢當(dāng)它們緊密接觸時，電子會從費米能級高的地方向 的空間電荷層，使得半導(dǎo)體側(cè)電子能量提高；在空間電荷區(qū)中表面附近能帶向下彎曲，電子濃度將比體內(nèi)的平衡濃度大得多，它是多子（電子)積累層，是一個高電導(dǎo)層；這種情況下，多子（電子）在兩種材料中的相互轉(zhuǎn)移，不需要越過勢壘就可以運動到對方，通六、肖特基二極管特 多特基勢壘中的飽和電流遠高于有 輻射躍遷和光吸(a吸收(b)自發(fā)發(fā)射(c) 復(fù)合分為輻射復(fù)合和非輻射復(fù)合。輻射復(fù)合過程中，自由電子和空穴具有的能量將變成光而自然放出。非輻射復(fù)合過程中，釋放的能量將轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪?，如熱能。因此，為提高發(fā)光效率 發(fā)光器發(fā)光二極管：靠注入載流子自發(fā)復(fù)合而半導(dǎo)體激光器則是在外界誘發(fā)的作用下促使注入載流子復(fù)合而引起的受激輻射；相干光，具有單色性好、方向性強、亮 當(dāng)光照射到半導(dǎo)體上時，光能量作用于物體而釋放出電子的現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)分為內(nèi)、外光電 hvhv1mv2200（每個光子具有的能量=電子動能+逸出功式中：m—電子質(zhì)量；v—電子逸出速從上式可知：當(dāng)光子能量大于逸出功時，才產(chǎn)生光電不會產(chǎn)生光電效應(yīng)。反之，入射頻率高于紅限頻率，2 導(dǎo) 導(dǎo) 導(dǎo)h雜質(zhì)能級(受主能級h雜質(zhì)能級(受主能級價帶(充滿帶本征半導(dǎo)

價帶(充滿帶 價帶(充滿帶n型雜質(zhì)半導(dǎo) (c)