半导体器件原理与工艺(器件)1.ppt

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1、半导体器件半导体物理基础pn结BJTMOSFETJFET/MESFET简介微电子学研究领域半导体器件物理集成电路工艺集成电路设计和测试微电子学发展的特点向高集成度、低功耗、高性能高可靠性电路方向发展与其它学科互相渗透，形成新的学科领域：光电集成、MEMS、生物芯片半导体物理基础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电子：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空穴：带正电的导电载流子，是价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电子浓度空穴浓

2、度其中NC、NV分别为等效态密度，Ef为费米能级半导体中的载流子半导体、绝缘体和导体半导体器件半导体物理基础PN结BJTMOSFETJFET/MESFET简介突变结耗尽区的电场与电势分布耗尽近似Possion方程：电场分布积分一次：(x)-xpxn电势分布由微分方程：边界条件：设在-xp处V=0xn处V=Vbi再积分一次：电势分布N型侧，X=0处，有耗尽层宽度电场随x线性变化，在x=0时达最大值：耗尽层宽度VA0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

3、压为Vbi-VA上面的公式中，将Vbi换成Vbi-VA反偏PN结反偏电压能改变耗尽区宽度吗？线性缓变结线性缓变结-1令V(-W/2)=0,进一步解出最大电场空间电荷区宽度定量方程基本假设P型区及N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。冶金结为面积足够大的平面，不考虑边缘效应，载流子在PN结中一维流动。空间电荷区宽度远小于少子扩散长度,不考虑空间电荷区的产生—复合作用。P型区和N型区的电阻率都足够低，外加电压全部降落在过渡区上。边界条件欧姆接触边界耗尽层边界(pn结定律)耗尽层边界P型一侧P

4、N耗尽层边界(续)N型一侧耗尽层边界处非平衡载流子浓度与外加电压有关准中性区载流子浓度理想二极管方程求解过程准中性区少子扩散方程求Jp(xn)求Jn(-xp)J=Jp(xn)+Jn(-xp)理想二极管方程(1)新的坐标:边界条件:-xpxn0xX’空穴电流一般解电子电流P型侧PN结电流空间电荷区的产生与复合正向有复合电流反向有产生电流空间电荷区的产生与复合-1反向偏置时,正向偏置时,计算比较复杂VA愈低，IR-G愈是起支配作用VAVbi时的大电流现象串联电阻效应q/kTLog(I)VAVAVbi时的大电流现

5、象-1大注入效应大注入是指正偏工作时注入载流子密度等于或高于平衡态多子密度的工作状态。pn≥nnoVAVbi时的大电流现象-2VAVbi时的大电流现象-3VA越大,电流上升变缓雪崩倍增击穿一个载流子的产生雪崩击穿条件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,将发生击穿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磨角法形成台面结分压环表面状态对击穿电压的影响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

6、系数雪崩击穿具有正温度系数PN结二极管的等效电路小信号加到PN结上~+-vaVA+-PNRsGC反向偏置结电容也称势垒电容或过渡区电容反向偏置结电容-1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荷总量PN结的开关特性理想开关电路RFRRVFVRvA(t)i(t)-0.1IR-IRIFtstrri(t)tvA(t)t小结瞬态关断特性在准中性区储存的少子必须消除,需要时间,导致PN结上电压不能突变瞬态开启特性准中性区的少子从“欠”到“过”,需要时间,导致PN结上电压不能突变