半导体器件与工艺总复习(5-7章)

1、l 双极型晶体管的工作原理；双极型晶体管的工作原理；l 双极型晶体管的电流增益和工作模式；双极型晶体管的电流增益和工作模式；l 双极型晶体管的截止频率与开关时间；双极型晶体管的截止频率与开关时间；1.晶体管的类型p-n-p晶体管和n-p-n晶体管共基极组态: 基极被输入和输出电路所共用。2 电流增益IE = IEP + IEnIC = ICP + ICnIB = IE IC 0 =TIC=0IE + ICB03.双极型晶体管的静态特性五点假设：五点假设： 晶体管各区域浓度为均匀掺杂； 基区中的空穴漂移电流和集基极反向饱和电流可以忽略； 载流子注入属于小注入； 耗尽区无产生-复合电流； 晶体管中

2、无串联电阻。4.4.基极区域基极区域nexp()(1)= (0)(1-)EBnnoqVxxp xppkTWW（）5.5.发射极和集电极区域发射极和集电极区域exp1exp,-EBEEEOEOEEqVxxnxnnxxkTL（ ）（） exp()ECCOCOCCxxnxnnxxL（ ）=，6.6.放大模式下理想晶体管的电流放大模式下理想晶体管的电流00()exp()pnnE BE ppxqA DpdpqVIAqDdxWkT0()exp()pnnE BC ppxWqA DpdpqVIAqDdxWkT0()exp()1EEEEE BE nExxEdnqA DnqVIAqDdxLkT 0()CCCCC

3、nCxxCdnqA DnIAqDdxL7.7.工作模式工作模式 放大模式：放大模式：射基结正，集基结反 饱和模式：饱和模式：两结都正向偏压。极小的电压就产生极大的输出电流，晶体管处于导通状态(开关短路)。 截止模式：截止模式：两结都反向偏压。pn(0)=pn(W)=0，晶体管处于开路状态(关闭)。 反转模式：反转模式：射基结反，集基结正。也称反放大模式，晶体管的集电极用作发射极，发射极用作集电极。8.8.共基与共射组态下的电流共基与共射组态下的电流- -电压特性电压特性输出电流-电压特性输出电流-电压特性00011CBOCBIII0001CBII00,1CBOCEOCBCEOIIIII所以：共

4、射电流增益共射电流增益: :9. 9. 双极型晶体管的频率响应与开关特性双极型晶体管的频率响应与开关特性截止频率截止频率01+j( /)f f共基截止频率：f0=1-1+j( /)f f共射截止频率：f0=(1-)ff特征频率fT=(2T)-1当 ，f=fT为特征频率：2000011Tffff=1 MOS二极管的阈值电压与反型条件 MOSFET的基本特性 MOSFET尺寸按比例缩小与短沟道效应的关系 低功率CMOS逻辑结构 MOS存储器结构1. MOS二极管二极管在实际应用中，MOS二极管是先进集成电路中最重要的MOSFET器件的枢纽2. 理想理想MOS二极管的定义二极管的定义q在零偏压时，金

5、属功函数qm与半导体功函数qs的能级差为零或功函数差qms为零，即在无外加偏压之下其能带是平的(称为平带状况) q在任意的偏压之下，二极管中的电荷仅位于半导体之中，且与邻近氧化层的金属表面电荷量大小相等，但极性相反；q在直流偏压下，无载流子通过氧化层，亦即氧化层的电阻值为无穷大 。 理想MOS二极管偏压为正或负时，半导体表面可能会出现的三种状况 对p型半导体：空穴积累，耗尽，反型，强反型； 半导体表面发生强反型的条件：3. 理想理想MOS二极管二极管iABsnNqkTinvln22)( 当s等于s(inv)时，可得到表面耗尽区的最大宽度Wm。 4. SiO2-Si MOS二极管二极管影响理想M

6、OS的特性的几个因素。5. MOSFET基本原理基本原理 基本的器件参数基本的器件参数: 有沟道长度L(为两个n+-p冶金结之间的距离)、沟道宽度Z、氧化层厚度d、结深度rj以及衬底掺杂浓度NA. 定性描述MOSFET的工作原理。推导MOSFET基本特性的条件。 栅极结构是理想MOS二极管(即无界面陷阱、固定氧化层电荷或功函数差)； 仅考虑漂移电流； 反型层中载流子的迁移率为常数； 沟道内杂质浓度为均匀分布； 反向漏电流可忽略； 沟道中由栅极电压所产生的垂直于ID电流方向的电场远大于由漏极电压所产生的平行于ID电流方向的电场 缓变沟道近似法在线性区)(TGDVVV其中 BBAsTCqNV2)2

7、(20为阈值电压为阈值电压. )(0TGnVDDDVVLCZVIgG常数DnVGDmVCLZVIgD0常数在饱和区可得饱和电流饱和电流为： 202TGnDsatVVLCZI)(TGoxnVGDmVVdLZVIgD常数在亚阈值区 定义：定义：当栅极电压小于阈值电压（VG kT)，以及掺杂浓度比导带或价带上有效态密度低的金属-半导体（非简并半导体非简并半导体）接触。 =exp -BnthcqnNkT在热平衡时在热平衡时(V=0)，kTexp1BncmssmqNCJJ当正向偏压加到结上时当正向偏压加到结上时kTVqNnFBncthexp1expBnFsmcqVJC NkT所以，1expexpexpe

8、xp111kTqVkTqNCkTqNCkTVqNCJJJFBncBncFBncsmms1expskTqVJJ kTqTAJBn2sexp1exppopkTqVJJ2pipopDqD nJL N其中，6. 欧姆接触欧姆接触 (ohmic contact) 定义：定义：当金属-半导体接触的接触电阻相对于半导体主体或串联电阻可以忽略不计时，则可被定义为欧姆接触。 欧姆接触的一个指标为比接触电阻Rc，其定义为： 120(cm )CVJRV7. 金半场效应晶体管金半场效应晶体管(MESFET) 主要的器件参数：主要的器件参数：栅极长度L、栅极宽度Z以及外延层厚度a。定性描述MESFET的工作原理。MESFET的电流-电压特性：)(yWaZNqdyIdRIdVDnDD由 和DbiGsqNVVyVyW)(2)(推导22223321212 ()()23nDDsZq NIa WWWWL引入 223,2nDPsZq N aILsDPaqNV22得3/23/22233DDGbiGbiPPPPVVVVVVIIVVV在线性区：DPbiGPPDVVVVVII21122DDPPmDGPGbiVIIVgVVVVV常数在饱和区：2/33231pbiGpbiGPDsatVVVVVVII相对应的饱和电压：biGPDsatVVV