半导体器件原理第二章.5

1、势垒电容势垒电容 CTPN 结电容结电容扩散电容扩散电容 CD 本节主要内容：势垒电容形成的机理；本节主要内容：势垒电容形成的机理； 导出突变结、线性导出突变结、线性缓变结和实际扩散结的势垒电容的计算方法。缓变结和实际扩散结的势垒电容的计算方法。1、耗尽近似下的势垒电容、耗尽近似下的势垒电容 当外加电压有当外加电压有V 的变化时，势垒区宽度发生变化，使势的变化时，势垒区宽度发生变化，使势垒区中的空间电荷也发生相应的垒区中的空间电荷也发生相应的Q 的变化的变化 ，如下图：，如下图：P区区N区区QQQQ PN 结势垒微分电容结势垒微分电容 CT 的定义为：的定义为： 简称为简称为 势垒电容势垒电容

2、。dVdQVQCVT0lim212VVNNqNNxbiDADAsn 2、突变结势垒电容、突变结势垒电容于是可得：于是可得：上式中，上式中，DADANNNNN02102VVqNAdVdQCbisTDnqNxAQ 212102VVqNAbis 由于势垒区总宽度由于势垒区总宽度 xd 可以表为：可以表为：所以所以 CT 又可以更简单的表为：又可以更简单的表为： 有时也将单位面积的势垒电容称为势垒电容。即：有时也将单位面积的势垒电容称为势垒电容。即：2102VVqNxxxbispnddsTxACdsTxACndDoxxNN,212VVqNAxACbiDsnsT 对于对于 单边突变结，单边突变结，NP

3、对于对于 单边突变结，单边突变结， 可见可见: CT 也是取决于低掺杂一侧的杂质浓度。也是取决于低掺杂一侧的杂质浓度。 当外加较大反向电压时，可将当外加较大反向电压时，可将 Vbi 略去，得：略去，得：PN,pdAoxxNN212VVqNAxACbiAspsT212102VVqNACsT 3、线性缓变结的势垒电容、线性缓变结的势垒电容 当外加较大反向电压时：当外加较大反向电压时：312311212VVaqAxACaqVVxbisdsTbisd3131212VVaqACsT 由扩散工艺形成的实际扩散结，其杂质分布既非突变结，由扩散工艺形成的实际扩散结，其杂质分布既非突变结，也非线性缓变结，而是余

4、误差分布或高斯分布：也非线性缓变结，而是余误差分布或高斯分布： 4、扩散结的势垒电容、扩散结的势垒电容 在硅平面工艺中，常采用杂质扩散工艺制造在硅平面工艺中，常采用杂质扩散工艺制造PN结。从表面结。从表面到冶金结面的距离，称为到冶金结面的距离，称为 结深结深，用，用 x j 表示。表示。DtxNxNDtxerfcNxN4exp)0()(2)0()(2NPxjxjxxN(x)N(0)N00 反之，则可近似看作线性缓变结，在计算反之，则可近似看作线性缓变结，在计算CT 时需已知在时需已知在 xj 处的杂质浓度梯度处的杂质浓度梯度 a( xj )，这时应先通过方程：，这时应先通过方程： 或由图或由图

5、1-25求得结深求得结深 xj ，再由下式求出，再由下式求出 a( xj ) :也可由图也可由图1-27查得查得 a( xj ) 。 当结两侧的掺杂浓度相差很大，当结两侧的掺杂浓度相差很大，N0 很小，很小，a 很大，很大，xj 很小，很小，xd 很大（反向电压很大）时，可近似看作单边突变结，在计算很大（反向电压很大）时，可近似看作单边突变结，在计算CT 时需要已知低掺杂一侧的杂质浓度，即衬底浓度时需要已知低掺杂一侧的杂质浓度，即衬底浓度N0 。0)(NxNjjxxjdxxdNxa)()(实际扩散结势垒电容实际扩散结势垒电容 CT 的计算：的计算： 方法一：方法一：直接查曲线。直接查曲线。 方法二：方法二：将实际扩散结近似看作单边突变结或线性缓变结，将实际扩散结近似看作单边突变结或线性缓变结，然后用相应的公式然后用相应的公式 进行计算。进行计算。例例 1 查曲线：查曲线：按突变结计算：按突变结计算：按线性缓变结计算：按线性缓变结计算：VVVmxcmNcmNbij10,1,10)0(,10319316023/101 . 9cmpFACT例例 2查曲线：查曲线：按突变结计算：按突变结计算：按线性缓变结计算：按线性缓变结计算：VVVmxcmNcmNbij1,10,10)0(,10318317024421/101 .