《微电子学概论》-b

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1、半导体器件物理基础上一节课的主要内容半导体、N型半导体、P型半导体、本征半导体、非本征半导体载流子、电子、空穴、平衡载流子、非平衡载流子、过剩载流子能带、导带、价带、禁带掺杂、施主、受主输运、漂移、扩散、产生、复合据统计：半导体器件主要有67种，另外还有110个相关的变种所有这些器件都由少数基本模块构成：pn结金属－半导体接触MOS结构异质结超晶格半导体器件物理基础PN结的结构1.PN结的形成NP空间电荷区XM空间电荷区－耗尽层XNXP空间电荷区为高阻区，因为缺少载流子2.平衡的PN结：没有外加偏压能带结构载流子漂移(电流)和扩散(电流)过程保持平衡(相

2、等)，形成自建场和自建势自建场和自建势费米能级EF：反映了电子的填充水平某一个能级被电子占据的几率为：E=EF时，能级被占据的几率为1/2本征费米能级位于禁带中央自建势qVbi费米能级平直平衡时的能带结构3.正向偏置的PN结情形正向偏置时的能带图正向偏置时，扩散大于漂移N区P区空穴：正向电流电子：P区N区扩散扩散漂移漂移正向的PN结电流输运过程电流传输与转换（载流子的扩散和复合过程〕4.PN结的反向特性N区P区空穴：电子：P区N区扩散扩散漂移漂移反向电流反向偏置时的能带图反向偏置时，漂移大于扩散N区P区电子：扩散漂移空穴：P区N区扩散漂移反向电流反向偏置

3、时，漂移大于扩散5.PN结的特性单向导电性：正向偏置反向偏置正向导通，多数载流子扩散电流反向截止，少数载流子漂移电流正向导通电压Vbi~0.7V(Si)反向击穿电压Vrb6.PN结的击穿雪崩击穿齐纳/隧穿击穿7.PN结电容§2.4双极晶体管1.双极晶体管的结构由两个相距很近的PN结组成：分为：NPN和PNP两种形式基区宽度远远小于少子扩散长度发射区收集区基区发射结收集结发射极收集极基极双极晶体管的两种形式：NPN和PNPNPNcbecbePNP双极晶体管的结构和版图示意图2.3NPN晶体管的电流输运机制正常工作时的载流子输运相应的载流子分布NPN晶体管的

4、电流输运NPN晶体管的电流转换电子流空穴流2.3NPN晶体管的几种组态共基极共发射极共收集极共基极共发射极共收集极NNP晶体管的共收集极接法cbe3.晶体管的直流特性3.1共发射极的直流特性曲线三个区域：饱和区放大区截止区3.晶体管的直流特性3.2共基极的直流特性曲线4.晶体管的特性参数4.1晶体管的电流增益（放大系数〕共基极直流放大系数和交流放大系数0、两者的关系共发射极直流放大系数交流放大系数0、4.晶体管的特性参数4.2晶体管的反向漏电流和击穿电压反向漏电流Icbo：发射极开路时，收集结的反向漏电流Iebo：收集极开路时，发射结的反向漏电流

5、Iceo：基极极开路时，收集极－发射极的反向漏电流晶体管的主要参数之一4.晶体管的特性参数（续）4.3晶体管的击穿电压BVcboBvceoBVeboBVeeo晶体管的重要直流参数之一4.晶体管的特性参数（续）4.4晶体管的频率特性截止频率f：共基极电流放大系数减小到低频值的所对应的频率值截止频率f：特征频率fT：共发射极电流放大系数为1时对应的工作频率最高振荡频率fM：功率增益为1时对应的频率5.BJT的特点优点垂直结构与输运时间相关的尺寸由工艺参数决定，与光刻尺寸关系不大易于获得高fT高速应用整个发射上有电流流过可获得单位面积的大输出电流易于获

6、得大电流大功率应用开态电压VBE与尺寸、工艺无关片间涨落小，可获得小的电压摆幅易于小信号应用模拟电路输入电容由扩散电容决定随工作电流的减小而减小可同时在大或小的电流下工作而无需调整输入电容输入电压直接控制提供输出电流的载流子密度高跨导缺点：存在直流输入电流，基极电流功耗大饱和区中存储电荷上升开关速度慢开态电压无法成为设计参数设计BJT的关键：获得尽可能大的IC和尽可能小的IB当代BJT结构特点：深槽隔离多晶硅发射极作业描述二极管的工作机理