半导体器件-器件基本构件3.ppt

半导体器件基本构件 1 金属 半导体接触2 pn结二极管3 金属 绝缘体 半导体结构 金属 半导体接触 目的 1 掌握相关的基本概念 功函数 电子亲和势 表面势等 2 画出金属 半导体接触能带图3 知道制作欧姆接触的方法 功函数 金属的功函数Wm 金属的功函数表示一个起始能量等于费米能级的电子 由金属内部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量 E0 EF m Wm E0为真空中电子的能量 又称为真空能级 半导体的功函数Ws E0与费米能级之差称为半导体的功函数 Ec EF s Ev E0 Ws 表示从Ec到E0的能量间隔 称 为电子的亲和能 它表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量 En Ep n型半导体 Ec EF s Ev E0 Ws En Ep p型半导体 设想有一块金属和一块非简并n型半导体 并假定金属的功函数大于半导体的功函数 即 2 接触电势差 接触前 接触前 接触后 金属n型半导体 E Wm Ws 形成表面势垒接触电势差 ns Wm 势垒区电子浓度比体内小得多 高阻区 阻挡层 界面处的势垒通常称为肖特基势垒 金属与n型半导体接触 若Wm Ws 金属与n型半导体接触时 能带向下弯曲 这里电子浓度比体内大得多 因而是一个高电导的区域 称之为反阻挡层 E0 金属与p型半导体接触时 若Wm Ws 能带向上弯曲 形成P型反阻挡层 金属与p型半导体接触时 若Wm Ws 形成空穴的表面势垒 在势垒区 空间电荷主要由电离受主形成 空穴浓度比体内小得多 也是一个高阻区域 形成P型阻挡层 作业3 画出以上两种情况的能带图 并标出有关的特征量 上述金半接触模型即为Schottky模型 3 金属半导体接触整流理论 阻挡层的整流作用以n型半导体为例 接触电势差VS0则势垒高度降低为eVD e Vs V 外加一个负电压V 0 势垒高度增加 Ec EF s e ns e Vs V eVD 4 欧姆接触 定义 不产生明显的附加阻抗 不会使半导体内部载流子浓度发生显著改变 技术路线设计 反阻挡层 隧道效应 半导体在重掺杂时 和金属的接触可以形成接近理想的欧姆接触 在半导体上制作一层重搀杂区后再与金属接触 Si电子亲和势4 05eV 金属功函数 PN结二极管 目的 从能带的角度定性的理解pn结二极管的工作原理 画出pn结二极管热平衡 正反偏置的能带图 理解实际二极管与理想二极管特性的区别 正确的画出pn结二极管的电流 电压曲线 明确肖特基二极管与pn结二极管的区别 PN结 PN结的形成 热平衡 理想情况 载流子的扩散运动 建立内电场 内电场对载流子的作用 扩散运动和漂移运动达到动态平衡 交界面形成稳定的空间电荷区 即 结 P区 N区 PN结分析导电特性的几个假设 1 外加电压全部降落在耗尽区上 耗尽区以外的半导体是电中性的 可忽略中性区的体电阻和接触电阻 2 均匀掺杂 3 小注入 即注入的非平衡少子浓度远小于多子浓度 4 耗尽区内无复合和产生 5 半导体非简并 6 P型区 N型区的宽度远大于少子扩散长度 pn结二极管 p型n型 P型 Ecp EFp Evp Ecn EFn Evn N型 EF Ecp Evp Ecn Evn eVD 热平衡的PN结能带图 施加正向电压能通过较大电流 正向导通 施加反向电压时 电流趋于饱和 很小 称PN结处于反向截至 PN结具有单向导电性 门槛电压 死区 正向特性 反向特性 小电流 大注入 I V 0 7V 串联电阻 实际pn结二极管电流 电压 肖特基势垒二极管 SBD 和pn结二极管 1 正向导通门限电压和正向压降都比PN结二极管低 约低0 2V 2 由于SBD是一种多数载流子导电器件 不存在少数载流子寿命和反向恢复问题 由于SBD的反向恢复电荷非常少 故开关速度非常快 开关损耗也特别小 尤其适合于高频应用 3 SBD的反向势垒较薄 并且在其表面极易发生击穿 所以反向击穿电压比较低 由于SBD比PN结二极管更容易受热击穿 反向漏电流比PN结二极管大 金属 绝缘体 半导体结构Metal insulator semiconductor目的 1 画出能带图 热平衡及正反偏置2 理解正反偏置时