半導體的表面界面及接觸現(xiàn)象

固體物理量子力學統(tǒng)計物理能帶理論平衡半導體載流子輸運非平衡半導體pn結MS結異質結雙極晶體管pn結二極管肖特基二極管歐姆接觸JFET、MESFET、MOSFET、HEMT從物理到器件肖特基二極管是金屬－半導體結原理制作,具有低功耗、大電流、超高速半導體器件(反向恢復時間極短)具有重摻雜窄帶隙的基區(qū)，輕摻雜寬帶隙的發(fā)射區(qū)，大大提高了發(fā)射結的載流子注入效率。HBT的功率密度高，相位噪聲低，線性度好，但它特別適合在低相位噪聲振蕩器、高效率功率放大器、寬帶放大器中應用。根據(jù)PN結的材料、摻雜分布、幾何結構和偏置條件的不同，利用其基本特性可以制造多種功能的晶體二極管。如利用PN結單向導電性可以制作整流二極管、檢波二極管和開關二極管，利用擊穿特性制作穩(wěn)壓二極管和雪崩二極管；利用高摻雜PN結隧道效應制作隧道二極管；利用結電容隨外電壓變化效應制作變容二極管。使半導體的光電效應與PN結相結合還可以制作多種光電器件。如利用前向偏置異質結的載流子注入與復合可以制造半導體激光二極管與半導體發(fā)光二極管；利用光輻射對PN結反向電流的調制作用可以制成光電探測器；利用光生伏特效應可制成太陽電池。此外，利用兩個PN結之間的相互作用可以產生放大，振蕩等多種電子功能。PN結是構成雙極型晶體管和場效應晶體管的核心，是現(xiàn)代電子技術的基礎。

晶體二極管實際上就是一個pn結，三極管是兩個靠得很近，背靠背的pn結組成；結型場效應管（如mos管）也是移用pn結的特性工作。

半導體集成電路中，還利用了pn結的有關特性制成了電路中的電阻、電容以及實現(xiàn)電路元器件間的隔離，從而使大規(guī)模集成電路的制作成為可能一、p-n結的形成和雜質分布p型半導體和n型半導體結合在一起，在交界面處其雜質分布不均勻，形成pn

結。pn結利用控制雜質分布的工藝方法來實現(xiàn)1．合金法用合金法制備的p-n結一般為突變結；xNNAND突變結的雜質分布xjP+n結pn用擴散法制備的p-n結一般為緩變結，雜質濃度逐漸變化。2．擴散法

0xN(x)NA(x)NDxj擴散結雜質分布由擴散過程和雜質補償決定pn線性緩變結：在擴散結中，雜質分布可用

x=xj

處的切線近似表示。xxjND-NA線性緩變結近似擴散結的雜質分布但對高表面濃度的淺擴散結，用突變結近似0xNANDN(x)突變結近似擴散結的雜質分布xj{突變結緩變結pn結{合金結高表面濃度的淺擴散結（p+n或n+p)根據(jù)雜質分布低表面濃度的深擴散結二、平衡p-n結的特點

1．平衡p-n結的形成

P型材料的多子用ppo表示，少子為npo，N型材料的多子用nno表示，少子用pno表示PN°?_____+++++EJ擴J漂空間電荷空間電荷區(qū)（勢壘區(qū)）內建電場阻礙載流子繼續(xù)擴散平衡后：J擴=J漂

形成恒定的電場，稱為內建場，它存在于結區(qū)。處于熱平衡狀態(tài)的結稱為平衡結。

2．平衡p-n結的能帶及勢壘當二者接觸后，電子由N

P，空穴由PN,(EF)n

，(EF)p

(EF)n=(EF)p=EFJ擴=J漂有一恒定的電場E，方向由NP

PNEFqVDEVECnpEi(EF)p(EF)n平衡pn結能帶圖VD－－平衡pn結的空間電荷區(qū)兩端間的電勢差，稱為pn結的接觸電勢差或內建電勢差qVD－－

相應的電子電勢能之差，即能帶的彎曲量，稱為pn結的勢壘高度勢壘高度補償了n區(qū)和p區(qū)的費米能級之差，使平衡pn結的費米能級處處相等。0xxnx-xpV(x)VD平衡pn結中電勢取p區(qū)電勢為零對電子：P區(qū)電勢比n區(qū)電勢高xqV(x)平衡pn結中電勢能EvppnEFEvnEcn-xpoxxnEcp-qVD假設：P區(qū)：Ec=EcpEv=Evpno=npopo=ppoN區(qū)：Ec=EcnEv=Evnno=nnopo=pno同質p-n結:3.pn結的接觸電勢差(內建電勢）平衡時：ppo=NA,nno=ND

T一定，NA,ND

,則VD

Eg

,ni,則VD

例：若NA=1017cm-3,ND=1015cm-3

則得室溫下Si的VD=0.70VGe

的VD=0.32Vpn結平衡時特點

勢壘區(qū)內電子（空穴）的擴散和漂移抵消整個pn結出現(xiàn)統(tǒng)一的費米能級能帶彎曲－－勢壘高度4.平衡時pn結載流子分布x

處的電子濃度

x

處的空穴濃度

設V(xn