《半导体异质结》PPT课件

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1、化合物半导体器件CompoundSemiconductorDevices微电子学院戴显英2013.9.3DaiXianying第三章半导体异质结异质结及其能带图异质结的电学特性量子阱与二维电子气多量子阱与超晶格半导体应变异质结DaiXianying3.1异质结及其能带图3.1.1异质结的形成图3.1III-V族和II-VI族化合物半导体的禁带宽度和晶格常数1）异质结2）异质结形成的工艺3）异质结的类型4）异质结形成的关键5）晶格失配DaiXianying3.1异质结及其能带图图3.3晶格失配形成位错缺陷6）单位面积的悬挂键数图3.2（张）应变Si示意图DaiXianying3.1异

2、质结及其能带图图3.4半导体能带边沿图图3.5孤立的n型和p型半导体能带图3.1.2异质结的能带图DaiXianying3.1异质结及其能带图3.1.2异质结的能带图图3.6形成异质结之前(a)和之后(b)的平衡能带图（以突变异质结为例）(a)(b)1)突变反型异质结能带图1、不考虑界面态时的能带图（理想状态）DaiXianying3.1异质结及其能带图热平衡下的能带图（p-GaAs/N-AlGaAs）图3.8同质pn结平衡能带图图3.7异质结pn平衡能带图DaiXianying3.1异质结及其能带图热平衡下的能带图图3.9突变反型np异质结平衡能带图DaiXianying3.1异质结

3、及其能带图Anderson定则（模型）：异质结平衡能带的特点：①能带发生弯曲②能带在界面处不连续，有突变。①ΔEC=χ1-χ2②ΔEV=(Eg2-Eg1)-(χ1-χ2)=ΔEg-Δχ③ΔEC+ΔEV=ΔEg异质结能带的新要点（特征）：图3.10Anderson模型的ΔEC-Δχ关系DaiXianying3.1异质结及其能带图3.1.2异质结的能带图2)突变同型异质结能带图3.11突变同型nn异质结平衡能带图界面处：一侧形成耗尽层，一侧形成电子（空穴）积累层DaiXianying3.1异质结及其能带图3.1.2异质结的能带图2)突变同型异质结能带图3.12突变同型pp异质结平衡能带图D

4、aiXianying3.1异质结及其能带图2、考虑界面态时的能带图1）界面态2）界面态密度ΔNS3.1.2异质结的能带图DaiXianying3.1异质结及其能带图2、考虑界面态时的能带图3）降低界面态4）界面态的类型5）巴丁极限DaiXianying3.1异质结及其能带图2、考虑界面态时的能带图6）考虑界面态影响的异质结能带示意图DaiXianying3.1异质结及其能带图3、渐变异质结能带图1）渐变的物理含义3.1.2异质结的能带图2）渐变异质结的近似分析：能带的叠加3）渐变能级DaiXianying3.1异质结及其能带图1、势垒区宽度XD3.1.3突变反型异质结的接触势垒差及势垒

5、区宽度2、接触电势差VD3、外加电压V4、np突变异质结（以pn异质结为例）与求解同质pn结相同：由求解界面两边势垒区的泊松方程，可得VD及XD推导过程参考刘恩科等著《半导体物理》第9章DaiXianying第三章半导体异质结异质结及其能带图异质结的电学特性量子阱与二维电子气多量子阱与超晶格半导体应变异质结DaiXianying3.2异质结的电学特性3.2.1突变异质结的I-V特性(a)(b)图3.8异型异质结的两种势垒示意图（a）负反向势垒；（b）正反向势垒突变异质结I-V模型：扩散模型、发射模型、发射-复合模型、隧道模型、隧道复合模型。两种势垒尖峰：（a）低势垒尖峰-负反向势垒（b

6、）高势垒尖峰-正反向势垒同质结I-V模型：扩散和发射模型DaiXianying3.2异质结的电学特性1、低势垒尖峰（负反向势垒异质结）的I-V特性2）载流子浓度3）电子扩散电流密度Jn4）空穴扩散电流密度Jp5）总电流密度J=Jn+Jp6）Jn、Jp大小对比分析1）电流模型：主要由扩散机制决定特征：势垒尖峰低于p区的ECDaiXianying2、高势垒尖峰（正反向势垒异质结）的I-V特性3.2异质结的电学特性3.2.1突变异质结的I-V特性1）电流模型：由热电子发射机制决定2）势垒高度特征：势垒尖峰高于p区的EC3）电流密度DaiXianying3.2.2异质pn结的注入特性3.2异质

7、结的电学特性1.异质pn结的高注入比特性及其应用例如，p-GaAs（窄禁带）/n-Al0.3Ga0.7As（宽禁带），ΔEg=0.21eV，设p区掺杂浓度NA1=2X1019cm-3,n区掺杂浓度ND2=5X1017cm-3，则注入比发射效率同质结的BJT：基区不能太薄，频率特性不高；异质结的HBT：基区可以很薄，频率特性很高；DaiXianying思考题试分析高势垒尖峰异质结的反向I-V特性。为什么HBT的频率特性比BJT好？DaiXiany