半导体器件物理之半导体接触

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1、第二章半导体接触主要内容pn结异质结金属-半导体接触半导体-氧化物接触,MIS2半导体器件的四种基础结构在p型和n型半导体之间形成的“结”，具有整流特性，广泛用于电子电路的整流、开关及其他工作中。若再加一层p型半导体，两个p-n结构成p-n-p双极晶体管。金属-半导体界面，在金属和半导体之间形成的一种紧密接触。是第一个被研究的半导体器件。可作为整流接触-肖特基势垒，或用作欧姆接触。也可以得到其他许多器件，如MESFET。p-n结EfEfEVECEVECEf3即在两种不同的半导体之间形成的界面，可构成双异质结激光器等。如果绝缘体用氧化物，即MOS结构,可视为一个金属-氧化物

2、界面和一个氧化物-半导体界面的结合,ULSL中最重要的MOSFET器件的基本结构。异质结界面ECEVECEfEV金属-绝缘体-半导体结构EVECEfEf42.1p-n结二级管主要内容基本器件工艺介绍耗尽区和耗尽电容I-V特性结的击穿瞬变特性端功能61。基本器件工艺介绍几种器件制备方法合金法得到的结的位置严格依赖于温度-时间合金过程，难以精确控制。7固态扩散法1。基本器件工艺能精确控制杂质分布扩散台面结法8固态扩散法1。基本器件工艺采用绝缘层的方法平面工艺—是制备半导体器件的主要方法外延衬底9与扩散（10000C)相比，是低温工艺，可在室温下进行。离子注入-更精确地控制

3、杂质的分布1。基本器件工艺在低于700度下退火，去除晶格损伤10平面工艺中的主要工序外延生长1。基本器件工艺可用气相生长技术形成，例如：热CVDMBEMOCVD也可用液相技术形成，化学气相沉积物理气相沉积精确控制组分和薄膜厚度-原子层生长111。基本器件工艺氧化--二氧化硅干氧生长12水汽氧化氧化--二氧化硅1。基本器件工艺131。基本器件工艺杂质扩散一维扩散方程，菲克定律杂质总量为S的“有限源”情况：高斯函数表面浓度为Cs的“恒定表面浓度“情形：余误差函数扩散系数D依赖于温度和杂质浓度，在低浓度情况下，D与杂质无关。杂质扩散系数D与杂质固溶度有关141。基本器件工艺离子

4、注入：为改变衬底的电学、冶金学或化学性质而将带电高能原子引入衬底。典型离子能量：10-400keV之间典型离子剂量：1011-1016离子数/cm2优点：精确控制总剂量，深度分布和面均匀性低温工艺注入结能与掩膜边缘自对准激光处理：用高强度的激光辐射可去除离子注入损伤，使半导体层再结晶。缺点：离子注入损伤15杂质分布描述突变结—合金结、浅扩散结和离子注入结1。基本器件工艺突变结近似的杂质分布。161。基本器件工艺线性缓变结—深扩散结线性缓变结近似的杂质分布。171。基本器件工艺通过绝缘层上的窗口向半导体本底扩散形成p-n结时，杂质要向下扩散，也要向侧向扩散：柱形边缘分布和球

5、形角分布在扩散掩膜边缘附近形成结弯曲的平面扩散工艺。通过矩形掩膜扩散形成近似的柱面和球面区。18p-n结p-n结理论是半导体器件物理的基础。1。p-n结的理想静态和动态特性。2。讨论耗尽层内的产生和复合。扩散势、耗尽区电流-电压特性结的击穿瞬变特性端功能耗尽区电容PN结两侧电子和空穴浓度相差悬殊P区空穴和N区电子向对方扩散，空间电荷区自建电场NP192。耗尽区和耗尽电容-突变结当半导体的杂质浓度从受主杂质NA突变为施主杂质ND时，得到突变结.-xPxN空间电荷分布20热平衡状态（无外电压，没有电流）：净电子和空穴电流为零，要求费米能级在整个样品中为常数。根据电流密

6、度方程：同理21-xPxN空间电荷区总宽度空间电荷分布：22电场分布：泊松方程+边界条件根据泊松方程，得到：积分，得到电场分布X=0处的最大电场23两次积分，得到电势分布电势，Vbi为内建势电势分布:内建势总的耗尽层宽度24能带：平衡时，结两侧空穴密度之间和电子密度之间的关系能带图内建势25Ge，Si，GaAs单边突变结的内建势26耗尽层的宽度双边突变结单边突变结半导体的特征长度，德拜长度考虑到多数载流子分布尾，经过修正的单边突变结的W：27Si的德拜长度与掺杂浓度的关系28Si单边突变结耗尽层宽度和单位面积耗尽层电容与掺杂浓度的关系。29单位面积的耗尽层电容定义为：单边

7、突变结，单位面积电容：F/cm2反向和正向偏置耗尽层电容：1/C2~V直线，斜率：衬底杂质浓度，1/C2=0时截距：内建势。30Si单边突变结耗尽层宽度和单位面积耗尽层电容与掺杂浓度的关系。31泊松方程:2。耗尽区和耗尽电容-线性缓变结杂质分布:杂质浓度梯度积分,得到电场分布:最大电场:32两次积分,得到内建势:线性缓变结的耗尽层电容:33Ge,Si和GaAs线性缓变结的梯度电压.34Si线性缓变结的耗尽层宽度和单位面积耗尽层电容与杂质浓度梯度的关系.虚线为零偏压情形35