微电子器件(2-5)

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 势垒电容形成的机理；导出突变结、线性势垒电容形成的机理；导出突变结、线性缓变结和实际缓变结和实际 PN 结的势垒电容的计算方法。结的势垒电容的计算方法。 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势垒区中的空间电荷也发生相应的 Q 的变化。的变化。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 。T0dlimdVQQCVVpxnxpxnx（2-126） 由于由于 xp 与与 xn 远

2、小于势垒区总宽度远小于势垒区总宽度 xd ，所以可将这些变，所以可将这些变化的电荷看作是集中在势垒区边缘无限薄层中的面电荷。这时化的电荷看作是集中在势垒区边缘无限薄层中的面电荷。这时PN 结结势垒电容势垒电容就像一个普通的平行板电容器就像一个普通的平行板电容器 ，所以势垒电容所以势垒电容 CT 可以简单地表为可以简单地表为 有时也将单位面积的势垒电容称为势垒电容。有时也将单位面积的势垒电容称为势垒电容。sTdCAx（2-127） P 区区N 区区QQQQpxnxpxnx12sAnbiDAD2 NxVVqNNN 可得可得式中，式中，AD0ADN NNNN12s0Tbidd2qNQCAVVVnDQ

3、Ax qN 1122s0bi2AqNVV（2-130） 根据根据势垒电容的定义，势垒电容的定义， 突变结的势垒区总宽度突变结的势垒区总宽度 xd 可以表为可以表为12sdnpbi02xxxVVqN 将上式代入将上式代入平行板电容器公式平行板电容器公式可以得到与式可以得到与式（2-130）相同的结果，即）相同的结果，即 12s0Tbi2qNCAVVsTdCAx0Ddn,NNxx12ssDTnbi2qNCAAxVV 对于对于 P+N 单边突变结，单边突变结， 对于对于 PN+ 单边突变结，单边突变结， 可见，可见， 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，这时略去，这时

4、0Adp,NNxx12ssATpbi2q NCAAxVV121s02T2q NCAVV 当外加较大反向电压时，当外加较大反向电压时，123ssTdbi12aqCAAxVV1231s3T12aqCAVV13sbid12VVxaq 将实际将实际 PN 结近似看作单边突变结或线性缓变结，结近似看作单边突变结或线性缓变结，然后用相应的公式进行计算。然后用相应的公式进行计算。 查曲线（附录中的附图查曲线（附录中的附图 1）。）。 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 时需要已知时需要已知结深结深 xj 处的杂质浓度梯度处的杂质浓度梯度 a( xj )。这时应先通

5、过求解方程。这时应先通过求解方程 或查图或查图 2-46 求得求得 xj ，也可直接查图也可直接查图 2-48 得到得到 a( xj ) 。 当结两侧掺杂浓度相差很大当结两侧掺杂浓度相差很大 ，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 。j0()N xNjjd( )()dx xN xa xx 再由下式求出再由下式求出 a(xj) ， 图图 2-48 1631930jbi10 cm ,(0)10 cm ,1m,10VNNxVV32T8 10 pF/cmCA 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：32T9.1 10 pF/cmCA由附图由附图 1 (a) ：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：1731830jbi10 cm ,(0)10 cm ,10m,1VNNxVV21442Tj( )2 10 cm ,3.1 10 pF/cmCa xA22442Tj()10 cm ,2.4 10 pF/cmCa xA42T9.1 10