固體與半導(dǎo)體物理第七章

第七章半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)P－n結(jié)金屬－半導(dǎo)體接觸{7.1P－n結(jié)P－n結(jié)的形成單向?qū)щ娦酝N材料形成的P－n結(jié)－同質(zhì)結(jié)不同種材料形成的P－n結(jié)－異質(zhì)結(jié)一.平衡P－n結(jié)(一)P－n結(jié)的雜質(zhì)分布合金法離子注入法擴(kuò)散法外延生長法1.突變結(jié)在結(jié)處雜質(zhì)分布突然變化2.緩變結(jié)在結(jié)處雜質(zhì)分布隨距離變化(二)p－n結(jié)的空間電荷區(qū)1.空間電荷區(qū)載流子濃度不均勻產(chǎn)生擴(kuò)散2.自建場從n區(qū)指向p區(qū)平衡時，擴(kuò)散運(yùn)動=漂移運(yùn)動空間電荷區(qū)和自建場一定P－n結(jié)處于平衡態(tài)(三）能帶圖1.載流子的擴(kuò)散是由于兩區(qū)費(fèi)米能級不一致所引起的2.平衡p-n結(jié)，具有統(tǒng)一的費(fèi)米能級3.能帶彎曲的原因自建場從n區(qū)p區(qū)電勢V(x)從n區(qū)到p區(qū)電勢能qV(x)從n區(qū)到p區(qū)(四)p-n結(jié)的接觸電勢差接觸電勢差－p區(qū)和n區(qū)電勢之差勢壘高度從載流子濃度公式如何理解？勢壘區(qū)空間電荷區(qū)結(jié)區(qū)與哪些因素有關(guān)？

n區(qū)平衡電子濃度P區(qū)平衡電子濃度同為一區(qū)域(五)

P－n結(jié)的載流子分布P區(qū)電勢低于n區(qū)電勢

(1)電勢V(x)

p區(qū)：

n區(qū)：勢壘區(qū)中任一點(diǎn)x的電勢V(x)為正值常溫下，雜質(zhì)全電離(2)電勢能－qV(x)

勢壘區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)x處的電勢能比n區(qū)電子的電勢能高(3)勢壘區(qū)內(nèi)載流子分布A:勢壘區(qū)內(nèi)x處的電子濃度B:勢壘區(qū)內(nèi)x處的空穴濃度

(4)估算勢壘區(qū)內(nèi)某一處的載流子濃度

A:假如x處的勢能比n區(qū)勢能高0.1evB:結(jié)區(qū)的載流子濃度很小，已經(jīng)耗盡。－耗盡區(qū)二.非平衡p－n結(jié)正向反向P－n結(jié)的伏安特性P－n結(jié)的單向?qū)щ娦允且驗閯輭镜拇嬖冢ㄒ唬┱蚱珘合聀－n結(jié)的特性非子的注入

1.p－n結(jié)勢壘的變化勢壘高度降低勢壘寬度變窄－擴(kuò)散－復(fù)合載流子的擴(kuò)散運(yùn)動大于漂移運(yùn)動電子從n區(qū)到p區(qū)，空穴從p區(qū)到n區(qū)的凈擴(kuò)散流構(gòu)成從p區(qū)到n區(qū)的正向電流2.載流子在勢壘區(qū)外的運(yùn)動

（1）非子的注入在處存在電子的積累，成為p區(qū)的非平衡少數(shù)載流子在處存在空穴的積累，成為n區(qū)的非平衡少數(shù)載流子外加電壓，使非平衡載流子進(jìn)入半導(dǎo)體的過程

非子電注入

（2）擴(kuò)散區(qū)在該區(qū)完成了少子擴(kuò)散電流與多子漂移電流的轉(zhuǎn)換(3)中性區(qū)載流子濃度接近平衡值主要是多子的漂移電流通過任一截面電子電流和空穴電流不相等電流連續(xù)性原理通過任一截面的總電流相等空穴擴(kuò)散電子漂移電子擴(kuò)散空穴漂移3.正向p－n結(jié)能帶圖平衡p－n結(jié)能帶圖正向偏壓下p－n結(jié)能帶圖(1)勢壘區(qū)和擴(kuò)散區(qū)存在非子(2)中性區(qū)非子基本復(fù)合完畢電流通過p－n結(jié)4.P－n結(jié)正向電流公式平衡p－n結(jié)正向租偏壓服下同樣（二)反向流偏壓齡下p－n結(jié)的散特性非子汁的產(chǎn)辯生1.脊P－n結(jié)勢鉆壘的叫變化在反庭偏下勢壘復(fù)區(qū)加斬寬勢壘些高度塞增高漂移裂運(yùn)動鏡大于臨擴(kuò)散拌運(yùn)動2.少子肢的抽腎取邊界俗處的偷少子軍掃向離對方姿，體納內(nèi)補(bǔ)安充少子劈燕的抽陶?。瓟U(kuò)噴散－抽虜取3.反向p－n結(jié)的誦能帶煩圖（1）勢絨壘區(qū)福和擴(kuò)行散區(qū)璃存在礦非子正偏反偏（2）正偏反偏擴(kuò)散始區(qū)存筍在少柴子注閱入擴(kuò)散洽區(qū)存畜在少涼子抽朋取這兩勤個區(qū)4.動P－n結(jié)反覽向電敗流公是式－反旺向飽偉和電善流密理度（三甘）理瓣想p－n結(jié)的惡電流連－電廚壓公互式1.小注李入2.突變烈耗盡烏層3.忽略小勢壘探區(qū)中霜載流閱子的膽產(chǎn)生本和復(fù)待合4.載流詞子分宿布滿刃足玻鑄爾茲拼曼分閣布從p區(qū)流盲向n區(qū)的黃正向徐電流從n區(qū)流瓶向p區(qū)的息反向躺電流實際p－n結(jié)的仙電流敞－電歐壓公塊式與研理想宿有較愛大的鍵偏差三.p－n結(jié)電歪容“存按”“濤放”記電荷賺的特伸性1.勢壘睡電容正偏反偏勢壘柄區(qū)的六空間華電荷維數(shù)量頁隨外加戲電壓題的變屋化所若產(chǎn)生桑的電之容效劈燕應(yīng)發(fā)生敘在勢謝壘區(qū)2.擴(kuò)散浙電容擴(kuò)散們區(qū)的介電荷罰數(shù)量饑隨外加旁電壓仁的變軋化所展產(chǎn)生凳的電統(tǒng)容效雹應(yīng)發(fā)生樓在擴(kuò)喬散區(qū)3.說明(1喘)電容撫值隨亭外加銳電壓燈變化可變袖電容(2喂)反偏辟時，為勢壘智電容騎為主嗓，擴(kuò)浙散電配容很墻小正偏姐時，嬸既有桶勢壘章電容翠，也磚有擴(kuò)顏散電只容（3）勢靈壘電等容效到應(yīng)明諷顯，診擴(kuò)散段電容情效應(yīng)疲不明域顯四.p－n結(jié)擊吐穿－擊龜穿電攤壓1.雪崩尾擊穿碰撞微電離嗚引起猾載流順子倍泥增碰撞蝴電離浪使載陽流子饅濃度粉急劇流增加鴨的效癥應(yīng)為刮載流英子倍返增效岔應(yīng)反偏來壓很爪大勢壘蟻區(qū)電環(huán)場很亦強(qiáng)A:勢壘罰高度畫↑↑B:能帶因很傾榜斜C:瓜P區(qū)價認(rèn)帶頂薯比n區(qū)導(dǎo)貴帶底悼高D:淚A點(diǎn)電蛋子能沖量和B點(diǎn)電筍子能張量相此等E:啟p區(qū)A點(diǎn)電澇子有旱一定幾率穿過撇禁帶喚進(jìn)入n區(qū)導(dǎo)猜帶的B點(diǎn)2.隧道司擊穿(齊納旬擊穿枝）在強(qiáng)以電場雨作用奴下，道發(fā)生鋒隧道幼效應(yīng)F:短到誕一定白程度參，大癢量電援子從p區(qū)價帶幫通過床隧道潑穿透污，進(jìn)曾入n區(qū)導(dǎo)員帶G:反向同電流姜↑↑疾，p－n結(jié)發(fā)搖生隧筐道擊移穿（三糟）兩妙種擊虜穿的押主要窩區(qū)別1.隧道閑擊穿主要尤取決辭于外則場雪崩葡擊穿悟除其與電夾場有蘿關(guān)還與秘勢壘華區(qū)寬申度有億關(guān)2.隧道呀擊穿雪崩燒擊穿3.一般返摻雜麥雪昌崩擊谷穿為旱主重?fù)郊陔s厚隧定道擊應(yīng)穿為丈主{7欄.2半導(dǎo)為體表煤面表面踐狀態(tài)熔的變勺化會制影響田半導(dǎo)育體器奧件的肉穩(wěn)定色性、匆可靠象性利用品表面刑效應(yīng)酸可制笛作MO卷S器件禍、CC挎D器件吩、表珍面發(fā)專光器勢件等一.純凈命表面活和實盟際表欠面純凈預(yù)表面沒有湖雜質(zhì)箱吸附秤層和燥氧化乞?qū)拥墓硐攵急砻妫?）超頭高真抽空下戶解理（2）高逃溫加踏熱（3）離卸子轟滾擊實際罩表面外表面內(nèi)表面與體擁內(nèi)晶咬體結(jié)稈構(gòu)不縫同的拴原子多層二.表面帝態(tài)（1）從喊能帶縮慧角度當(dāng)晶肌體存叛在表堂面，萄在垂塞直表這面方壟向成旨了半?yún)矡o限粘周期脅勢場表面啄存在刷而產(chǎn)芹生的猜附加冶電子蘭能級－表質(zhì)面能護(hù)級對應(yīng)描的電鴿子能夏態(tài)－表袋面態(tài)（2）從費(fèi)化學(xué)吧鍵角巨度表面券是原掛子周緩期排啦列終齒止的養(yǎng)地方未飽通和鍵盟－懸膜掛鍵純凈微表面衫的表噴面態(tài)敲密度跪為實際悉表面絞的表酸面態(tài)竭密度三.表面錫電場懂效應(yīng)1.表面碗電場（1）表稀面態(tài)順與體閃內(nèi)電些子態(tài)月之間底交換突電子（2）金釋屬－認(rèn)半導(dǎo)詞體接馬觸（3）MO趣S結(jié)構(gòu)暖和MI桶S結(jié)構(gòu)2.空間榜電荷犯層及蘋表面撈勢（1）n型P型A:電子逝從體嚇內(nèi)轉(zhuǎn)等移到超表面謊態(tài)－表陜面受精主態(tài)B:正空蘋間電輔荷層C:表面抹勢為D:空間撈電荷旗層能轟帶彎泳曲電子蛛勢壘空穴擊勢阱n型P型（2）n型P型A:電子編從表話面態(tài)禍轉(zhuǎn)移芹到體圣內(nèi)－表曲面施欠主態(tài)B:負(fù)空俯間電釣荷層C:表面汁勢D:電子普勢阱空穴滑勢壘n型P型空穴勢壘電子勢阱3.空間份電荷低層內(nèi)某載流艘子濃脾度的姐變化體內(nèi)在空朽間電踢荷層抱內(nèi)，處電勢晴能引變化4.表面?？臻g只電荷籃層的息三種默基本蹈狀態(tài)（1）積燒累層能帶儲從體憑內(nèi)到味表面?zhèn)蛏蠌澮詐型為索例空間蓄電荷瞧層的睬載流江子濃腰度與俱體內(nèi)施的關(guān)栽系空間持電荷遵層處日于多攏子堆寧積狀身態(tài)－積列累層（2）耗咸盡層能帶五從體臺內(nèi)到忌表面漠下彎空間友電荷暴層處炊于多洋子耗如盡狀劇態(tài)－耗顛盡層－參考紗能級反型層耗盡層（3）反振型層{7爆.3金屬伶－半頃導(dǎo)體瘡接觸n型導(dǎo)緣瑞電性反型平層耗盡壯層熱蒸遼發(fā)濺射電鍍（1）整垃流接教觸單向捎導(dǎo)電巾性（2）歐祝姆接研觸低電灘阻的若非整唇流接眨觸1.金屬拒和半閘導(dǎo)體川的功蟻函數(shù)一.肖特曾基勢寨壘功函專數(shù)費(fèi)米衰能級泳上的代電子艷逸出蕉體外福所作線的功－電意子親悲和能－真僑空能蒼級功函傅數(shù)不饅同費(fèi)米劫能級律高低絲式不一雪致－系播統(tǒng)不撕平衡載流枯子流訪動形成璃空間說電荷揮層自建駝場勢壘系統(tǒng)賄平衡費(fèi)米襖能級慣一致2.肖特菊基勢很壘高罩度肖特錦基勢陽壘高慘度3.金－婚半接養(yǎng)觸類標(biāo)型決定SB懶D特性膝的重泛要物講理參置數(shù)A:金屬命與n型半硬導(dǎo)體經(jīng)接觸電子籠勢壘n型阻更擋層電子懼勢阱n型反總阻擋輔層B:金屬仇與p型半快導(dǎo)體搭接觸空穴雖勢阱空穴磁勢壘P型反之阻擋防層P型阻苦擋層對于黑一定藝的半球?qū)w一定隨金捷屬功雄函數(shù)辣變化例：理論杏計算途：實際雜測試掠：？許多附半導(dǎo)鐵體形成貓阻擋像層不管還是？表面劇態(tài)的憑存在二.巴丁載模型P型反墨阻擋綱層P型阻住擋層涉及柄三個柿子系征統(tǒng)的揪平衡金屬表面塞態(tài)半導(dǎo)鉗體1.半導(dǎo)羨體與狐表面慨態(tài)接禁觸n型：p型：n型表面惜受主略態(tài)表面刺能級燦接受航電子手帶負(fù)林電空間炸電荷蜜層帶贈正電能帶孟由體歲內(nèi)到得表面導(dǎo)向上蠟彎曲形成轉(zhuǎn)電子牧勢壘2.半導(dǎo)獎體－神表面伏態(tài)系姓統(tǒng)與織金屬星接觸流向炊金屬襲的電裂子主階要來耍自表勾面態(tài)因表燭面態(tài)煌密度廚比較收高，約能夠哲提供左足夠津多的合電子半導(dǎo)氧體勢徒壘區(qū)撒幾乎太不變企化平衡基時金屬磚中的境電子護(hù)流向脊表面稻態(tài)基本侵保持創(chuàng)不變3.巴丁攤極限對于棕大多券數(shù)半刊導(dǎo)體表面鏡態(tài)密通度在以上平衡躍時費(fèi)米寄能級說位于蠻價帶怠上方雀三分凳之一逆的禁余帶寬辟度處不論n型半時導(dǎo)體令還是p型半貸導(dǎo)體愧與金夫?qū)俳颖儆|形成職阻擋疏層三.金－鋼半接箏觸的粒整流長特性阻擋揪層的詠整流盯作用外加飯電壓阻擋紋層的哭平衡蘇被破育壞產(chǎn)生陶電流n型P型1.定性局解釋注意減與p-稈n結(jié)的毛不同V=惜0電子徹電流框大小修相等因，方更向相蝦反。（1）平歇衡時（2）正物向偏弟壓（金坊屬接且正）半導(dǎo)孫體一喪邊的謊勢壘符高度撿降低測，金屬紹一邊草的勢將壘高占度拖基本鉗不變.從半臉導(dǎo)體住流向角金屬勒的電禁子數(shù)嗽多于卷從金額屬流繩向半鼠導(dǎo)體旱的電資子數(shù).形成勒方向仍從金剩屬到驗半導(dǎo)著體的為正向獲電流V>衰0界面策兩邊假的金峽屬和嚼半導(dǎo)嘆體相檢互發(fā)伸射的構(gòu)成冰動態(tài)精平衡益，凈較電流陰為零鼻。（3）反衣向偏憑壓（金省屬接拒負(fù)）勢壘特增高金屬滅流向鵝半導(dǎo)始體的甜電子加數(shù)占揀優(yōu)勢形成習(xí)方向況從半痛導(dǎo)體文到金間屬的升反向團(tuán)電流很高僅、且移不隨網(wǎng)外加村電壓河變化愿，反向胡電流巷很小闊，并限趨于表飽和駕。V<覺0對于p型阻霧擋層封，正轎反向乏電壓膊的極稀性與n型阻砍擋層漢相反正向蘿電流火對應(yīng)鉤于多頸子從坑半導(dǎo)繼體到崗金屬苦所形設(shè)成的籌電流n型P型正向反向正向反向2.金－召半整戰(zhàn)流接波觸的代電流毯－電漲壓關(guān)撿系與p-布n結(jié)有萬相似異的形大式（1）熱壞電子毀發(fā)射胞理論貝特頭建立勢壘萬區(qū)寬城度d比載斃流子皇自由曲程L小的暮多動能功的扭電子梁越過嶺勢壘并通準(zhǔn)過界涌面發(fā)夠射到冷金屬山中（2）擴(kuò)彼散理境論肖特融基建緣瑞立載流澡子無院碰撞棒渡越奧勢壘擴(kuò)散老越過縮慧勢壘帥區(qū)，怖在界掩面處針向金繳屬發(fā)雅射電流壘密度白方程電流遲－電遲壓關(guān)景系A(chǔ):界面焦處的掃電子仰濃度B:際1/塔6射向貓金屬C:電流選密度半導(dǎo)但體體揮內(nèi)電蹤蝶子濃纏度忽略尤，雜衡質(zhì)全血電離平衡幼時，肌界面?zhèn)商庪姸纷訚鉁囟日虻㈦妷?，界面秩處電王子濃塑度加反貝向偏士壓正向V>囑0反向V<淚0從金呢屬到質(zhì)半導(dǎo)深體塵的仗熱電戴子發(fā)傾射形香成的電流攀不隨峽外加騾電壓佳變化通過火肖特傍基勢晚壘二趣極管飄的總睬電流有密度正向V>監(jiān)0反向V<境0正反繞向偏屆壓統(tǒng)舊一是勢證壘高泡度斗和像溫度幕的函瓶數(shù)勢壘噴高度蔬對癢肖特駝基勢犧壘二產(chǎn)極管盯電流藝的影苦響3.肖特理基勢取壘二順極管柳（SB競D）與p-撥n結(jié)二尊極管啟的比謊較（1）SB摘D高頻辦性能騰好、芝開關(guān)市速度萌快SB雄D的電脹流為忘多子喪電流堂，不發(fā)監(jiān)生電丹荷存艷儲效別應(yīng)p-思n結(jié)二際極管五為少別子電類流，存在莖電荷嶺存儲猾效應(yīng)越過雄勢壘傍成為撤漂移啟電流先積掌累、妖再擴(kuò)鍋散限制臣了器咳件在暫高頻杜和高刮速器攪件中筆的應(yīng)磚用（2）SB衣D正向犧導(dǎo)通帽電壓嚇低SB后D的電晚子熱皮運(yùn)動卵速度p-遭n結(jié)二掘極管純的電僵子擴(kuò)俊散速碧度在同茫樣的輛正向恩電壓養(yǎng)下四.歐姆窯接觸接觸默電阻棄小電流栽－電門壓關(guān)連系應(yīng)徒具有俘對稱竄和線辛性的腰關(guān)系若考就慮表躺面態(tài)僚，金將屬－貨半導(dǎo)揪體接哭觸形脆成整莊流勢腎壘勢壘甩的存宵在必賊然使療電流極－電懇壓關(guān)路系呈賢非對依稱和胃非線升性利用舉隧道吃效應(yīng)形成織歐姆飾接觸隧道調(diào)穿透宗幾率澤依賴仿于隧宰道長逼度L若蜜較虹低，L較寬刪，隧項道效敲應(yīng)忽渣略，立電流趣－電乏壓關(guān)接系由屬熱電顫子發(fā)魯射理搖論或工擴(kuò)散印理論剪得出是非慰對稱筍和非私線性腦。高摻泡雜隧道忌電流扔與外兇加電礎(chǔ)壓關(guān)勁系采用隧道你電流牧為主結(jié)要電替流{7與.4異質(zhì)逃結(jié)導(dǎo)電殼類型柱相同叮的兩帥種不設(shè)同半性導(dǎo)體窗材料轎所形擋成由導(dǎo)獻(xiàn)電類含型相君反的芒同種銅半導(dǎo)谷體材獅料接訓(xùn)觸而吸構(gòu)成－同斃質(zhì)結(jié)由兩管種不碼同的沙半導(dǎo)壟體材澇料接曠觸而逝構(gòu)成－異摔質(zhì)結(jié)（1）同撫型異旱質(zhì)結(jié)p-夜pGe惠-G甚aA距sn-濁nGe遵-G盟aA粘s（2）反峽型異曠質(zhì)結(jié)導(dǎo)電倡類型號相反蘋的兩兩種不都同半繼導(dǎo)體賴材料具所形滴成p-羨nGe扁-G昏aA伐sn-坐pGe踏-G援a(chǎn)A票s禁帶椅寬度貌較小拴的半叼導(dǎo)體皮材料明寫在策前面一.理想列異質(zhì)烈結(jié)的神能帶紫圖不考予慮表述面態(tài)取決盟于禁松帶寬河度、功函沒數(shù)、電子溪親和屢能1.突變熄反型佳異質(zhì)繭結(jié)能昨帶圖下標(biāo)放為“1”者為磨禁帶庭寬度腥小的半導(dǎo)茂體材義料的陷物理著參數(shù)下標(biāo)源為“2”者為仇禁帶廟寬度碗大的半導(dǎo)準(zhǔn)體材違料的事物理煌參數(shù)兩種挽材料旺的過茶渡發(fā)生前于幾稼個原孟子間再距形成館突變p-抓n異質(zhì)洲結(jié)之寬前的夜能帶漸圖（1）突誓變p-秒n異質(zhì)蛇結(jié)形成節(jié)突變p-佛n異質(zhì)為結(jié)之蛾后的覺平衡羨能帶跌圖電子儀從n型半綁導(dǎo)體雖流向p型空穴驚的流距動方凍向相啊反直至布兩塊彩半導(dǎo)悼體有弊統(tǒng)一唱的費(fèi)牢米能置級交界帽面的觀兩邊晉形成掙空間匠電荷傷層n型半廚導(dǎo)體曉一邊躁為正裙空間除電荷葬層P型半掀導(dǎo)體囑一邊蘭為負(fù)存空間辭電荷吐層不考欠慮界罰面態(tài)正負(fù)用空間愿電荷齒數(shù)相筐等空間涼電荷甲層內(nèi)故產(chǎn)生照電場能帶偷發(fā)生氣彎曲能帶勞總的召彎曲彼量異質(zhì)唐結(jié)能妹帶的籃特點(diǎn)盟：A:能帶魚在交低界面礎(chǔ)處不愁連續(xù)薯，有針一個價突變導(dǎo)帶端底在壁交界峽面處欄的突惹變價帶德頂在嘴交界融面處晚的突如變而且對所震有突紙變異咽質(zhì)結(jié)政都適朝用分別座稱為盾導(dǎo)帶脆階和基價帶態(tài)階重要跟的物調(diào)理量B:泡n型半滑導(dǎo)體負(fù)的導(dǎo)熊帶底款在界剝面處野形成鼻一向珠上的倉“尖惰峰”P型半鑰導(dǎo)體眼的導(dǎo)斜帶底鐵在界背面處鞠形成桶一向準(zhǔn)下的?！鞍己芸凇盋:對于郵反型乖異質(zhì)假結(jié)，流交界糧面兩槽邊都釣是耗