半导体器件原理与工艺(器件)1

1、半导体器件半导体器件 半导体器件原理半导体器件原理 秦明秦明 东南大学东南大学MEMSMEMS教育部重点实验室教育部重点实验室 Telext.8809 Email: 半导体器件半导体器件 半导体器件原理半导体器件原理 教材: 半导体器件基础，半导体器件基础，Robert F. Pierret著，黄如等译，著，黄如等译， 电子工业出版社电子工业出版社 参考书： 半导体器件物理半导体器件物理, 刘树林等编著刘树林等编著,电子工业出版社电子工业出版社 微电子技术基础微电子技术基础-双极、场效应晶体管原理，电双极、场效应晶体管原理，电 子工业出版社，曹培栋编著子工业出版社，

2、曹培栋编著 半导体器件半导体器件 半导体器件半导体器件 半导体物理基础半导体物理基础 pn结结 BJT MOSFET JFET/MESFET简介简介 半导体器件半导体器件 固态电子学分支之一固态电子学分支之一 微电子学微电子学 光电子学光电子学 研究在固体（主要是半导体研究在固体（主要是半导体材料上构成材料上构成 的微小型化器件、电路、及系统的电子学的微小型化器件、电路、及系统的电子学 分支学科分支学科 微电子学简介微电子学简介: 半导体物理基础半导体物理基础 半导体器件半导体器件 微电子学研究领域微电子学研究领域 半导体器件物理半导体器件物理 集成电路工艺集成电路工艺 集成电路设计和测试集成

3、电路设计和测试 微电子学发展的特点微电子学发展的特点 向高集成度、低功耗、向高集成度、低功耗、 高性能高可靠性电路方高性能高可靠性电路方 向发展向发展 与其它学科互相渗透，与其它学科互相渗透， 形成新的学科领域：形成新的学科领域： 光电集成、光电集成、MEMS、生生 物芯片物芯片 半导体物理基础半导体物理基础 半导体器件半导体器件 固体材料分成：固体材料分成：超导体、导体、半导体、绝缘体超导体、导体、半导体、绝缘体 什么是半导体？什么是半导体？ 半导体及其基本特性半导体及其基本特性 半导体器件半导体器件 半导体器件半导体器件 半导体材料的纯度和晶体结构 纯度纯度 极高，杂质1013cm-3 结

4、构结构 半导体器件半导体器件 晶体结构晶体结构 单胞单胞 对于任何给定的晶体，可以用来形成其晶体结构的 最小单元 三维立方单胞三维立方单胞 简立方、 体心立方、 面立方 半导体器件半导体器件 半半 导导 体体 有有: 元元 素素 半半 导导 体体 如如Si、Ge 化化 合合 物物 半半 导导 体体 如如GaAs、InP、ZnS 原子结合形式：共价键原子结合形式：共价键 形成的晶体结构：形成的晶体结构： 构成一个正四面体，构成一个正四面体， 具有具有 金金 刚刚 石石 晶晶 体体 结结 构构 半导体半导体的结合和晶体结构的结合和晶体结构 金刚石结构金刚石结构 半导体器件半导体器件 密勒密勒(Mi

5、ller)指数指数 半导体器件半导体器件 半导体器件半导体器件 (111)晶面晶面 原子面密度比原子面密度比 (100)(100)晶面稍高晶面稍高: : 7.8 x 1014 atoms / cm2 半导体器件半导体器件 半导体中的缺陷半导体中的缺陷 点缺陷 弗仑克尔缺陷 肖特基缺陷 线缺陷 位错 半导体器件半导体器件 +14 半导体的能带与杂质能级 电子的能级是量子化的 n=3n=3 四个电子四个电子 n=2n=2 8 8个电子个电子 n=1n=1 2 2个电子个电子 Si H 半导体器件半导体器件 半导体模型半导体模型 价键模型 空穴空穴 电子电子 半导体器件半导体器件 半导体的半导体的能

6、带能带 （价带、导带和带隙价带、导带和带隙 半导体器件半导体器件 价带：价带：0K0K条件下被电子填充的能量的能带条件下被电子填充的能量的能带 导带：导带：0K0K条件下未被电子填充的能量的能带条件下未被电子填充的能量的能带 带隙：导带底与价带顶之间的能量差带隙：导带底与价带顶之间的能量差 半导体的能带结构半导体的能带结构 半导体器件半导体器件 电子电子：带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚：带负电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚 后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子后形成的自由电子，对应于导带中占据的电子 空穴空穴：带正电的导电载流子，是价电子脱离原子束缚：带正电的导电载流子，是价

7、电子脱离原子束缚 后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位后形成的电子空位，对应于价带中的电子空位 kTEE C fC eNn )( kTEE V Vf eNp )( 电子浓度电子浓度 空穴浓度空穴浓度 其中其中NC、NV分别为等效态密度，分别为等效态密度，Ef为费米能级为费米能级 半导体中的半导体中的载流子载流子 半导体器件半导体器件 半导体、绝缘体和导体半导体、绝缘体和导体 半导体器件半导体器件 载流子的特性载流子的特性 电荷 有效质量 An electron moves with a certain characteristic mass (from F=ma) in vacuum In

8、 a solid, F=ma changes, so we can model this change via an “effective” mass 半导体器件半导体器件 有效质量 在一个电场中，电子和空穴的加速度为： 半导体器件半导体器件 施主施主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的电子，：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的电子， 并成为带正电的离子。如并成为带正电的离子。如SiSi中的中的P P 和和As As 受主受主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的空穴，：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的空穴， 并成为带正电的离子。

9、如并成为带正电的离子。如SiSi中的中的B B N型半导体型半导体 P型半导体型半导体 BAs 半导体的半导体的掺杂掺杂 半导体器件半导体器件 施主和受主的相互补偿施主和受主的相互补偿 施主能级施主能级 受主能级受主能级 半导体器件半导体器件 态密度态密度 根据量子力学，当电子能量为根据量子力学，当电子能量为E E，且距带边不远时，态，且距带边不远时，态 密度为：密度为： 半导体器件半导体器件 费米分布函数费米分布函数 在热平衡条件下，能量为在热平衡条件下，能量为 E E的有效状态被电子占据的有效状态被电子占据 的几率为的几率为 半导体器件半导体器件 平衡载流子分布平衡载流子分布 简单用态密度

10、和费米-迪拉克分布函数的 乘积表示： 半导体器件半导体器件 平衡载流子浓度平衡载流子浓度 导带中的电子浓度： 价带中的空穴浓度： 半导体器件半导体器件 平衡载流子浓度平衡载流子浓度 如果Ev+3kT=EF=Ec-3kT 半导体器件半导体器件 n和p的其他变换公式 本征半导体时， kTEE i kTEE i Fi iF enp enn / )( / )( i npn kTEE Vi kTEE Ci iC Ci eNn eNn / )( / )( kTEE iV kTEE iC Vi iC enN enN / )( / )( 半导体器件半导体器件 本征载流子浓度本征载流子浓度 本征费米能级本征费米

11、能级 C VVC fi N NkTEE EEln 22 kTE CV kTEE CVi g VC eNNeNNnpn 2 2 本征载流子本征载流子 半导体器件半导体器件 杂质半导体的载流子浓度杂质半导体的载流子浓度 对掺杂半导体， i iF n n kTEEln 半导体器件半导体器件 举例 半导体器件半导体器件 半导体器件半导体器件 掺杂半导体掺杂半导体 电中性条件： 半导体器件半导体器件 特殊情况 半导体器件半导体器件 举例 掺杂浓度分别为(a) 和 的硅 中的电子和空穴浓度？(b) 再掺杂 的Na又是多少？ 半导体器件半导体器件 载流子浓度与温度的关系 半导体器件半导体器件 非平衡载流子的

12、产生与复合非平衡载流子的产生与复合 半导体中载流子的输运有三种形式： 扩散 漂移 产生和复合 半导体器件半导体器件 热运动 晶体中的碰撞和散射引起 净速度为零 平均自由时间为ps m 1 . 0 半导体器件半导体器件 热能和热速度热能和热速度 电子或空穴的平均动能 2 2 1 2 3 theff vmkT 半导体器件半导体器件 漂移电流 电流密度 AqpvI qpvJ dP dP 半导体器件半导体器件 迁移率迁移率 单位电场下的平均漂移速度为迁移率 sVcm vd /, 2 半导体器件半导体器件 影响迁移率的因素 与散射有关与散射有关 晶格散射晶格散射 电离杂质电离杂质 散射散射 * m q

13、半导体器件半导体器件 半导体器件半导体器件 漂移电流与电导率 电导率电导率 电阻率电阻率 pn qpqn 11 半导体器件半导体器件 电阻率与掺杂的关系 N N型半导体型半导体 P P型半导体型半导体 Ap Dn Nq Nq 1 1 半导体器件半导体器件 扩散 粒子从高浓度向低浓度区域运动粒子从高浓度向低浓度区域运动 半导体器件半导体器件 热探针测量原理 可以用来分辩硅片的导电类型可以用来分辩硅片的导电类型 p-Sin-Si A 热探针 冷探针 电子扩散空穴扩散 半导体器件半导体器件 扩散电流 半导体器件半导体器件 半导体内总电流 扩散+漂移 半导体器件半导体器件 能带弯曲能带弯曲 当材料中存

14、在电场时，能带能量变成位当材料中存在电场时，能带能量变成位 置的函数置的函数 半导体器件半导体器件 场强场强 势能势能 dx dE q EEqVEP dx dV refc 1 . 半导体器件半导体器件 扩散系数和迁移率的关系扩散系数和迁移率的关系 考虑非均匀半导体 半导体器件半导体器件 爱因斯坦关系爱因斯坦关系 在平衡态时，净电流为0 nn n n nnn q kT D kT qD qnqn dx dn qDqnJ 0 0 q kT n dx dn pp q kT D 半导体器件半导体器件 产生和复合产生和复合 产生产生 电子和空穴（载流子）被创建的过程电子和空穴（载流子）被创建的过程 复合复

15、合 电子和空穴（载流子）消失的过程电子和空穴（载流子）消失的过程 产生和复合会改变载流子的浓度，从而间接地影响电流产生和复合会改变载流子的浓度，从而间接地影响电流 半导体器件半导体器件 复合复合 直接复合 间接复合 Auger复合 半导体器件半导体器件 产生产生 直接产生 R-G中心产生 载流子产生 与碰撞电离 半导体器件半导体器件 过剩载流子和电中性 平衡时平衡时 过剩载流子过剩载流子 电中性：电中性： 半导体器件半导体器件 由于受外界因素如光、电的作用，半导体中载流子的由于受外界因素如光、电的作用，半导体中载流子的 分布偏离了平衡态分布，称这些偏离平衡分布的载流分布偏离了平衡态分布，称这些

16、偏离平衡分布的载流 子为过剩载流子子为过剩载流子 平衡载流子满足费米狄拉克统计分布平衡载流子满足费米狄拉克统计分布 过剩载流子不满足费米狄拉克统计分布过剩载流子不满足费米狄拉克统计分布 2 i nnp 且公式且公式不成立不成立 载流子的产生和复合：电子和空穴增加和消失的过程载流子的产生和复合：电子和空穴增加和消失的过程 过剩载流子过剩载流子 半导体器件半导体器件 复合寿命复合寿命 假定光照产生假定光照产生 和和 ，如果光突然关，如果光突然关 闭，闭， 和和 将随时间逐渐衰减直至将随时间逐渐衰减直至0 0， 衰减的时间常数称为寿命衰减的时间常数称为寿命 np np 半导体器件半导体器件 复合复合

17、 半导体器件半导体器件 半导体器件半导体器件 半导体物理基础半导体物理基础 PN结结 BJT MOSFET JFET/MESFET简介简介 半导体器件半导体器件 PN结杂质分布结杂质分布 PNPN结是同一块半导体晶体内结是同一块半导体晶体内P P型区和型区和N N型区之间的边界型区之间的边界 PNPN结是各种半导体器件的基础，了解它的工作原理有助于结是各种半导体器件的基础，了解它的工作原理有助于 更好地理解器件更好地理解器件 典型制造过程典型制造过程 半导体器件半导体器件 PN结杂质分布结杂质分布 下面两种分布在实际器件中最常见也最容易进行 物理分析 突变结突变结: 线性缓变结线性缓变结: 浅

18、结、重掺杂（浅结、重掺杂（3um） 或外延的或外延的PN结结 半导体器件半导体器件 PN结中的能带 PN 半导体器件半导体器件 内建电势内建电势 半导体器件半导体器件 内建电势内建电势 PNPN结的内建电结的内建电 势决定于掺杂势决定于掺杂 浓度浓度N ND D、N NA A、 材料禁带宽度材料禁带宽度 以及工作温度以及工作温度 半导体器件半导体器件 能带能带 内建电势内建电势 电场电场 半导体器件半导体器件 Poisson方程方程 电荷和电势分布满足电荷和电势分布满足Poisson方程方程 在中性区在中性区: )(, 2 2 npNNq dx Vd AD s kT qV i kTEE i k

19、T qV i kTEE i enenp enenn Fi iF )( )( 半导体器件半导体器件 耗尽近似耗尽近似 半导体器件半导体器件 耗尽层模型耗尽层模型 在耗尽区在耗尽区P型一型一 侧侧, N型一侧, 半导体器件半导体器件 突变结耗尽区的电场与电势分布突变结耗尽区的电场与电势分布 耗尽近似 D A qN qN )0( )0( n p xx xx Possion方程：方程： )0( )0( 2 2 2 2 n s D p s A xx N q dx Vd xx N q dx Vd 半导体器件半导体器件 电场分布电场分布 积分一次： )0(),()( )0(),()( 2 2 2 2 nn

20、s D pp s A xxxx N qx dx dV dx Vd xxxx N qx dx dV dx Vd (x) -xp xn 半导体器件半导体器件 电势分布 由微分方程： 边界条件： 设在设在-x-xp p处处V=0 V=0 x xn n处处V=VV=Vbi bi 再积分一次： )0(),( )0(),( nn s D pp s A xxxx N q xxxx N q dx dV )0(,)( 2 )( ,)( 2 )( 0 xxxx qN xV dxxx N qdV pp s A xVx x p s A p 半导体器件半导体器件 电势分布 N型侧， X=0处，有 nn s D bi V

21、 xV x x n s D xxxx K qN VxV dxxx K qN dV bin 0.)( 2 )( ) ( 2 0 )( 0 2 0 2 0 22 n s D bip s A x K qN Vx K qN 半导体器件半导体器件 耗尽层宽度 电场随电场随x线性变化，在线性变化，在x=0时达最大值：时达最大值： pn nDpA n s D p s A m xxW xNxN x N qx N q W NN N x W NN N x DA A n DA D p 半导体器件半导体器件 耗尽层宽度耗尽层宽度 2 1 0 2 1 0 2 1 0 2 )( 2 )( 2 bi AD DAs pn b

22、i DAA Ds A nD p bi DAD As n V NN NN q K xxW V NNN N q K N xN x V NNN N q K x 即 和 半导体器件半导体器件 VA 0条件下的突变结条件下的突变结 外加电压全部降落在耗尽区，VA大于0时， 使耗尽区势垒下降，反之上升。即耗尽区 两侧电压为Vbi-VA 上面的公式中，将Vbi换成Vbi-VA 2 1 0 )( 2 Abi AD DAs pn VV NN NN q K xxW 例 半导体器件半导体器件 反偏反偏PN结结 反偏电压能改变耗 尽区宽度吗？ 半导体器件半导体器件 线性缓变结线性缓变结 半导体器件半导体器件 线性缓变

23、结线性缓变结-1 ax K q dx Vd s0 2 2 42 )( 2 2 0 W x K qa x s 令令V V(-W/2)=0, (-W/2)=0, 进一步解出进一步解出 最大电场最大电场 空间电荷区宽度空间电荷区宽度 3 23 0 2 3 2 2 6 )(xx WW K qa xV s 2 0 8 W K qa s m 3 1 0 12 Abi s VV qa K W 半导体器件半导体器件 理想二极管方程 PN结反偏时 半导体器件半导体器件 理想二极管方程 PN结正偏时 半导体器件半导体器件 准费米能级 半导体器件半导体器件 定量方程 基本假设 P P型区及型区及N N型区掺杂均匀分

24、布，是突变结。型区掺杂均匀分布，是突变结。 电中性区宽度远大于少于扩散长度。电中性区宽度远大于少于扩散长度。 冶金结为面积足够大的平面，不考虑边缘效应，载流冶金结为面积足够大的平面，不考虑边缘效应，载流 子在子在PNPN结中一维流动。结中一维流动。 空间电荷区宽度远小于少子扩散长度空间电荷区宽度远小于少子扩散长度, , 不考虑空间电不考虑空间电 荷区的产生荷区的产生复合作用。复合作用。 P P型区和型区和N N型区的电阻率都足够低，外加电压全部降落型区的电阻率都足够低，外加电压全部降落 在过渡区上。在过渡区上。 半导体器件半导体器件 准中性区的载流子运动情况准中性区的载流子运动情况 稳态时稳态

25、时, 假设假设GL=0 边界条件边界条件: 欧姆接触边界欧姆接触边界 耗尽层边界耗尽层边界 n p nn P p n pp N xx p dx pd D xx n dx nd D .0 .0 2 2 2 2 半导体器件半导体器件 边界条件 欧姆接触边界 耗尽层边界(pn结定律) 0)( 0)( xp xn n p kTqV i kT FF i A PN enennp /22 半导体器件半导体器件 耗尽层边界耗尽层边界 P型一侧型一侧 PN )( pp xn)( nn xp kTqV A i p kTqV iAppp A A e N n xn enNxnxpxn / 2 /2 )( )()()(

26、 1)( / 2 kTqV A i pp A e N n xn 半导体器件半导体器件 耗尽层边界耗尽层边界(续续) N型一侧 1)( / 2 kTqV D i nn A e N n xp 耗尽层边界处非平衡载流子浓度与 外加电压有关 半导体器件半导体器件 准中性区载流子浓度准中性区载流子浓度 半导体器件半导体器件 理想二极管方程理想二极管方程 求解过程求解过程 准中性区少子扩准中性区少子扩 散方程散方程 求求Jp(xn) 求求Jn(-xp) J= Jp(xn)+ Jn(-xp) 半导体器件半导体器件 理想二极管方程理想二极管方程(1) 新的坐标新的坐标: 边界条件边界条件: -xp xn 0

27、p nn p p dx pd D 2 2 0 x X 1)0( 0)( / 2 kTqV D i n n A e N n xp xp 半导体器件半导体器件 空穴电流空穴电流 一般解一般解 PPP LxLx n DL eAeAxp PP , ) ( / 2 / 1 其中 PA PA LxkTqV D i P Pn PP LxkTqV D i n ee N n L D q dx pd qDxJ xee N n xp / / 2 / / 2 1 ) ( 01) ( 半导体器件半导体器件 电子电流电子电流 P型侧型侧 NA NA LxkTqV A i N N p NN LxkTqV A i p ee

28、N n L D q dx nd qDxJ xee N n xn / / 2 / / 2 1 ) ( 0 1) ( 半导体器件半导体器件 PN结电流结电流 1 )()( / 22 kTqV D i P P A i N N nPpNPN A e N n L D N n L D qAI xJxJAIII 1 / 0 kTqVA eII 半导体器件半导体器件 半导体器件半导体器件 PN结电流与温度的关系结电流与温度的关系 半导体器件半导体器件 载流子电流载流子电流 准中性区多子准中性区多子 电流电流 半导体器件半导体器件 与理想情况的偏差与理想情况的偏差 大注入效应大注入效应 空间电荷区的复合空间电荷

29、区的复合 半导体器件半导体器件 空间电荷区的产生与复合空间电荷区的产生与复合 正向有复合电流正向有复合电流 反向有产生电流反向有产生电流 )()( 11 2 ppnn nnp t n dx t n qAI np i GR GR x x GR n p 半导体器件半导体器件 空间电荷区的产生与复合空间电荷区的产生与复合-1 反向偏置时反向偏置时, 正向偏置时正向偏置时, 计算比较复杂计算比较复杂 W qAn I i GR 0 2 kT qV ip Dp DF GR GRDIFF kT qV DIFF kT qV i GR A A A e nD NL I I andIII eII e WqAn I

30、2 0 2 0 2 , 1 2 V VA A愈低，愈低，I IR-G R-G愈是起支配作用 愈是起支配作用 半导体器件半导体器件 VAVbi时的大电流现象时的大电流现象 串联电阻效应串联电阻效应 kT IRVq kT qV sAJ eIeII )( 00 q/kT Log(I) VA 半导体器件半导体器件 VAVbi时的大电流现象时的大电流现象-1 大注入效应大注入效应 大注入是指正偏工作时注大注入是指正偏工作时注 入载流子密度等于或高于入载流子密度等于或高于 平衡态多子密度的工作状平衡态多子密度的工作状 态。态。p pn nnnno no dx dn nq kT dx dn n D dx d

31、n qDnqJ n n n nn n BI n nnBInn 11 半导体器件半导体器件 VAVbi时的大电流现象时的大电流现象-2 dx dp qD dx dn nq kT pqJ n p p n npp 1 dx dp n p qDJ dx dp dx dn n n n pp nn 1 :, ,上式可写为及电中性条件利用爱因斯坦关系 dx dp qDJ D n p D n peffp p n n peff 1 :定义有效扩散系数 半导体器件半导体器件 VAVbi时的大电流现象时的大电流现象-3 kT qV N i pD n iA J n nn Wx x n n Wx x BIBI A Nn

32、 n Nn n e W n qADI p n q kTV V n xn q kT dx dx dn nq kT dxV 2 0 0 2 ln 2 )( ln 1 VA越大越大, 电流上升变缓电流上升变缓 半导体器件半导体器件 PN结的击穿特性结的击穿特性 电流急剧增加电流急剧增加 可逆可逆 雪崩倍增雪崩倍增 齐纳过程齐纳过程 不可逆不可逆 热击穿热击穿 半导体器件半导体器件 雪崩倍增击穿雪崩倍增击穿 1 , 1 1 1 1 , 1 1 1 , 32 n p n p n p x x x x x x dx dx m M m mmm dxm 一个载流子一个载流子 的产生的产生 雪崩击穿条件雪崩击穿条

33、件 半导体器件半导体器件 雪崩击穿电压与掺杂浓度的关系雪崩击穿电压与掺杂浓度的关系 耗尽层中达到临界电场时耗尽层中达到临界电场时,将发生击穿将发生击穿 B BR DA DA BR BR DA DA s CR Abi DA DA s n s D N V NN NN V V NN NN K q VV NN NN K q x K qN 1 2 2 )0( 0 2 2 1 00 半导体器件半导体器件 雪崩击穿电压与半导体外延层厚度的关系雪崩击穿电压与半导体外延层厚度的关系 P+NN+ E(x) X 半导体器件半导体器件 扩散结结深对击穿电压的影响 结的形状 平面结 柱面结 球面结 改善措施 深结扩散

34、磨角法形成台面结 分压环 表面状态对击穿电压的影响 半导体器件半导体器件 雪崩击穿雪崩击穿通用公式通用公式 单边突变结：单边突变结： 线性缓变结：线性缓变结： 硅：硅： 扩散结的雪崩击穿扩散结的雪崩击穿 电压判断条件电压判断条件： 考虑边缘效应的通考虑边缘效应的通 用公式：用公式： 半导体器件半导体器件 齐纳过程齐纳过程 产生了隧穿效应产生了隧穿效应 E L h Em P g 3 24 exp * 隧道穿透几率隧道穿透几率P P： qE E L g 隧道长度隧道长度: : 隧道击穿隧道击穿: VB6Eg/q 半导体器件半导体器件 两种击穿的区别 掺杂浓度的影响 外因如光照、离子轰击引起空间电荷

35、区的 电子、空穴增加，产生倍增效应 温度的影响 隧道效应具有负温度系数 雪崩击穿具有正温度系数 半导体器件半导体器件 PN结二极管的等效电路结二极管的等效电路 小信号加到小信号加到PN结上结上 + - vaVA + - PN Rs G C GCjY tVvasin 0 半导体器件半导体器件 反向偏置结电容反向偏置结电容 也称势垒电容或也称势垒电容或 过渡区电容过渡区电容 半导体器件半导体器件 反向偏置结电容反向偏置结电容-1 2 1 0 2 1 1 , )(2 , bi A T T DA DA Abi s T pAnDt Abit t t T V V C C NN NN VV q AC xqA

36、NxqANQ VVV dV dQ C 考虑突变结 半导体器件半导体器件 反向偏置结电容反向偏置结电容-2 耗尽近似下线性缓变结的空间电荷区电耗尽近似下线性缓变结的空间电荷区电 荷总量荷总量 2 0 2 8 m x m t x AqaAqaxdxQ 3 1 2 )( 1 12 ABJ s T VV qa AC 3 1 0 1 BJ A T T V V C C m s T x AC 半导体器件半导体器件 参数提取和杂质分布参数提取和杂质分布 CV测量系统测量系统 Abi s DA DA T DA DA Abi s T VV A NN NN q C NN NN VV q AC 2 2 2 1 21

37、)(2 VA 1/C2 Vbi 半导体器件半导体器件 扩散电容扩散电容 半导体器件半导体器件 扩散电容扩散电容-1 表现为电容形式表现为电容形式 1 1)( 0 0 kT qV pnp kT qV np x nn A A n enqALQ epqALdxxpqAQ 11 00 kT qV pn kT qV npD AA enL kT q qAepL kT q qAC 半导体器件半导体器件 扩散电容扩散电容-2 扩散电容与正向电流扩散电容与正向电流 成正比成正比 pFD kT qV p np F kT qV npD I kT q C e L pqAD I epL kT q qAC A A 1 1 0 0 半导体器件半导体器件 小信号小信号特性特性 器件处理连续波时所表现器件处理连续波时所表现 出来的性能。出来的性能。 工作频率低，不考虑电容效应工作频率低，不考虑电容效应 时时， 半导体器件半导体器件 小信号小信号特性特性-1 级数展开 半导体器件半导体器件 小信号等效电路小信号等效电路 1 2 1 1 )1 ( apFd vjI kT q i tj nnn p nonn p n