《半导体器》PPT课件

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1、第1讲半导体器件北京大学信息科学技术学院授课教师：鲁文高wglu@pku.edu.cn1本讲内容二极管PN结简介PN结二极管的IV特性及电路分析其它类型二极管FETMOSFET简介MOSFET的IV特性及电路分析其它结构FETBJTBJT简介BJT的IV特性及电路分析PN结N型半导体掺杂施主杂质，提供自由电子例：Si中掺V族元素P型半导体掺杂施主杂质，提供自由空穴例：Si中掺III族元素PN结的内建势垒电压内建势垒电压：其中k为波尔兹曼常数T为绝对温度Na、Nd分别是受主、施主掺杂浓度ni是半导体载流子浓度硅PN结：掺杂浓度变化时变化不大GaAsPN结

2、、GePN结GaAsPN结：GePN结：本讲内容二极管PN结简介PN结二极管的IV特性及电路分析其它类型二极管FETMOSFET简介MOSFET的IV特性及电路分析其它结构FETBJTBJT简介BJT的IV特性及电路分析PN结反向偏置（1）反向偏置电压从VR增大到VR+VR使得空间电荷区变宽，改变电荷量称为结电容或耗尽层电容PN结反向偏置（2）结电容随PN结偏压变化而变化变容二极管用于VCOPN结正向偏置PN结的理想IV特性VD=0.7VD=-0.7PN结的理想IV特性曲线右图：局部放大注意：VD<-0.1V时，实际反向电流远比IS大PN结的理想IV

3、特性曲线（对数）VD变化60mV，ID变化一个数量级Pn结反向击穿击穿电压雪崩击穿机理：碰撞电离表现：掺杂浓度越高，击穿电压越低齐纳击穿机理：两边均高掺杂，耗尽层窄，隧穿表现：击穿电压3-8VPN结的温度效应Vbi温度系数约-2mV/K温度每增加5K，IS约增加1倍Ge二极管反向电流本来就大并随温度继续增大很难应用Pn结正向到反向切换结电容阻止结电压瞬态跳变二极管电路分析（图解法）二极管电路：交流等效分析等效电路：直流、交流本讲内容二极管PN结简介PN结二极管的IV特性及电路分析其它类型二极管FETMOSFET简介MOSFET的IV特性及电路分析其它结

4、构FETBJTBJT简介BJT的IV特性及电路分析其它类型二极管太阳能电池光电二极管发光二极管肖特基二极管齐纳二极管PIN二极管太阳能电池光产生电流多个Cell串并联光电二极管反偏时光电流与光强成正比光电流可见光、红外、紫外成像发光二极管机理：电流光用途：照明、显示、通信其它类型：OLED、激光二极管肖特基二极管机理：金属与适当掺杂N型半导体连接没有少子存储，开关速度快反向饱和电流大金属-半导体接触肖特基接触适当掺杂的N型半导体欧姆接触高掺杂半导体雪崩二极管机理：雪崩效应用途：参考源钳位保护粒子探测齐纳二极管机理：隧穿PIN二极管用途：RF开关：正

5、偏等效小电阻；负偏等效电容+大电阻光电二极管：X光等高能射线检测（安检）RF保护本讲内容二极管PN结简介PN结二极管的IV特性及电路分析其它类型二极管FETMOSFET简介MOSFET的IV特性及电路分析其它结构FETBJTBJT简介BJT的IV特性及电路分析场效应晶体管（FET）MOSFETNMOS：增强型、耗尽型PMOS：增强型、耗尽型结型FETJFET：pn结MESFET：肖特基势垒结MOSFET结构四端器件：D、S、G、B漏：Drain源：Source栅：Gate衬（体）：Substrate（Body）MOSFET工作原理NMOS：源、漏：N+

6、掺杂衬底：P-掺杂栅：多晶硅沟道反型时S-D之间导通IDS与阈值电压VTHID=IDSVGSVTH，沟道反型增强型NMOS的阈值电压大于0V本讲内容二极管PN结简介PN结二极管的IV特性及电路分析其它类型二极管FETMOSFET简介MOSFET的IV特性及电路分析其它结构FETBJTBJT简介BJT的IV特性及电路分析MOSFET导通：线性vs饱和粉色：沟道区VGS不变VDS增大a：深线性区b：线性区c：线性转饱和d：饱和区NMOS线性区、饱和区的条件NMOS理想I-V特性非饱和区饱和区耗尽型NMOSVGS=0，沟道反型耗尽

7、型NMOS的阈值电压小于0V增强型PMOSNMOS：VSVD；PMOS：VSVDVGS-VTHP<0，沟道反型增强型PMOS的阈值电压小于0V耗尽型PMOSVGS=0时，沟道反型耗尽型PMOS的阈值电压大于0VCMOS工艺沟长调制效应体效应思考：NMOS衬底通常接最低电位，why？亚阈值效应击穿效应雪崩击穿PN结偏压过大Punch-through漏端耗尽层扩宽到源端SnapbackBreakdownD、B、S寄生BJT栅氧击穿与栅氧厚度有关栅极保护（PN结）温度效应温度T升高NMOS的阈值电压VTH降低NMOS的迁移率n降低PMOS的阈值电压

8、V

9、THP

10、降低PMOS的迁移率

11、p

12、降低本讲内容二极管PN结简介PN结二极管的IV特性及电路分