1固态电子器件.ppt

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1、固态电子器件SolidStateElectronicDevices教材：张鹤鸣张玉明曹全喜课程内容Ch1pn结二极管Ch2双极型晶体管Ch3JFET与MESFETCh4MISFETCh5电力电子器件Ch6CCD器件Ch7LED器件Ch8光电探测器Ch9半导体太阳电池Ch10片式元器件电子器件光子器件无源器件第一章pn结二极管§1.1pn结基本物理特性§1.2pn结基本电学特性§1.3异质结§1.4pn结二极管3引言※二极管：具有某种电学功能的二端器件。从二极管的结构划分，可分为pn结二极管，金属-

2、半导体接触二极管(肖特基二极管)和金属-氧化物-半导体二极管(MOS二极管)等本章主要讨论由pn结构成的二极管※pn结：所谓pn结，是指采用某种技术在一块半导体材料内形成共价键结合的p型和n型区，那么p型区和n型区的界面及其二侧载流子发生变化范围的区域称为pn结※pn结的形成：形成pn结的技术有多种，目前采用的主要有○离子注入、扩散○化学气相淀积○硅片直接键合等技术●离子注入、扩散技术●化学气相淀积技术（ChemicalVaporDeposition--CVD)●硅片直接键合技术(SiliconD

3、irectBonding--SDB)氧化光刻注入或扩散P-SiP-Sin-SiPn结P-Sin-SiPn结二极管注：横向扩散是纵向0.8倍P-Si施主P-SiAPCVD（常压汽相外延）MBE（分子束外延），等P-SiP-SiN型P-Sin-SiP-Sin-Si化学处理高温处理※pn结掺杂分布○均匀分布：pn结界面二侧p型和n型区杂质浓度均匀分布—突变结○缓变分布：杂质浓度从界面向二侧逐渐提高—缓变结均匀分布缓变分布※常用概念○pn结结深--pn结材料表面到pn结界面的距离，用xj表示。○单边突变结

4、—对于突变结，若p型区掺杂浓度远高于n型区掺杂浓度，或反之，则将该pn结称为单边突变结。如果：ＮＡ＞＞ＮＤ，用p＋n表示；ＮＤ＞＞ＮＡ，用pn＋表示。○线性缓变结--对于缓变结，若结深附近杂质浓度的分布梯度可以用线性近似，则称为线性缓变结，即dN(x)/dx

5、x=xj=C★理论上为分析问题简单方便，通常将pn结按突变结或线性缓变结近似处理。※同质pn结(同质结)--p区和n区是同一种半导体材料(p区与n区禁带宽度相同)。目前，应用最广泛的Si器件及集成电路是同质结结构。※异质pn结(异质结)--p

6、区和n区是二种不同的半导体材料(p区与n区禁带宽度不同)。目前，发展和应用的GaAs基与SiGe/Si器件及集成电路是异质结结构。异质结特殊的物理性能构成了高速半导体器件与集成电路的基础。本章及本教材将对异质pn结及器件专门讨论，其余将只涉及同质pn结。§1.1pn结基本物理特性1.1.1平衡pn结平衡pn结是指不受电、光、热、磁等各种外界因素作用与影响的pn结。※基本特征：形成空间电荷区，产生自建电场，形成接触电势差，能带结构变化。一、空间电荷区与自建电场形成(以突变结为例)物理过程：Pp(NA

7、)＞＞Pn，nn(ND)＞＞np；2.p区和n区多子分别向对方扩散；3.界面p区侧留下固定离化受主负电荷，n区侧留下固定的离化施主正电荷；该正负电荷称为空间电荷，存在正负空间电荷的区域称为空间电荷区。4.正--负电荷间产生电场，该电场称为空间电荷区自建电场；5.自建电场使空间电荷区内的电子和空穴产生与其扩散运动方向相反的漂移运动；6.随扩散运动的进行，空间电荷区正、负电荷量逐渐增加，空间电荷区逐渐变宽，自建电场也随之逐渐增强，同时电子和空穴的漂移运动也不断加强;7.电子和空穴各自的扩散（扩散流）与

8、漂移（漂移流）相抵消时，正、负空间电荷量正、负空间电荷区宽度、自建电场、空间电荷区内电子和空穴分布达到动态平衡，形成稳定分布。8.电中性决定了空间电荷区内正、负空间电荷量相等。ppnpnnpn一、空间电荷区与自建电场形成(以突变结为例)Pp(NA)＞＞Pn，nn(ND)＞＞np；2.p区和n区多子分别向对方扩散；3.界面p区侧留下固定离化受主负电荷，n区侧留下固定的离化施主正电荷；该正负电荷称为空间电荷，存在正负空间电荷的区域称为空间电荷区。4.正--负电荷间产生电场，该电场称为空间电荷区自建电场

9、；5.自建电场使空间电荷区内的电子和空穴产生与其扩散运动方向相反的漂移运动；6.随扩散运动的进行，空间电荷区正、负电荷量逐渐增加，空间电荷区逐渐变宽，自建电场也随之逐渐增强，同时电子和空穴的漂移运动也不断加强;7.电子和空穴各自的扩散（扩散流）与漂移（漂移流）相抵消时，正、负空间电荷量、正、负空间电荷区宽度、自建电场、空间电荷区内电子和空穴分布达到动态平衡，形成稳定分布。8.电中性决定了空间电荷区内正、负空间电荷量相等。ppnpnnpn二、接触电位差与载流子分布A.自建电场:由空间