半导体器件物理-负阻器件功率器件光电器件ppt课件.ppt

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1、半导体器件物理PhysicsofSemiconductorDevicesS.M.SZE（周一：5、6；周三：1、2）1三部分内容负阻器件；功率器件；光电子器件CH8隧道器件CH9碰撞电离雪崩渡越时间二极管CH10转移电子器件和(实空间转移器件)CH11晶闸管和功率器件CH12发光二极管和半导体激光器CH13光电探测器和太阳电池2负阻器件隧穿机制(隧穿条件)1、隧道二极管2、反向二极管3、MIS开关二极管4、共振隧穿二极管渡越时间机制(注入角与延迟角)1、IMPATT二极管2、BARITT二极管电子空间转移机制(非平衡电荷)1、转移电子器件（TED）2、实空间转移器件（RST）2341负阻产

2、生机制1、隧穿机制2、渡越时间机制3、电子空间转移机制几率与因素隧穿条件条件条件1、基本结构及条件2、基本特性及条件3、工作机制与机理3功率器件晶闸管1、二端晶闸管2、三端晶闸管3、门极可关断晶闸管(GTO)4、双向常规晶闸管5、双向门极可关断晶闸管6、光控晶闸管其它功率器件1、VDMOSFET2、IGBT121、基本结构及条件2、基本特性及条件3、工作机制与机理等效电路正/负反馈4光电子器件电子-光子相互作用机制1、受激吸收2、受激辐射3、自发辐射发光器件1、发光二极管2、pn结激光器光电转换器件1、太阳电池1、pn结光电二极管2、pin光电二极管具有放大能力光电转换器件1、光电导2、雪

3、崩光电二极管（APD）3、光电晶体管（BJT，FET）图像传感器1、电荷耦合器件（CCD）2、CMOS图像传感器1231、基本结构及条件2、基本特性及条件3、工作机制与机理5基本结构及结构条件基本特性及工作条件工作机制与机理重点掌握123基本物理概念(结构、机制、机理)载流子(光子)输运的基本物理过程载流子(光子)输运的基本物理图像重点理解1236CH8隧道器件-TunnelDevicesTunnelDiodeBackwordDiodeMISTunnelDiodeMIMTunnelDiodeTunnelingHOTElectronTransistorMISSwitchDiodeResona

4、ntTunnelDiode7优势1、多数载流子器件；2、隧穿时间极短，工作频率极高；3、有微分负阻，可用于振荡电路；4、隧穿器件集成有望实现高速低功耗。8IVIpVVVpqVpqVn''一、隧道(江崎)二极管--TunnelDiode（江崎1958年博士论文期间发现，1973获诺贝尔奖）2、基本结构--简并pn结；qVp'、qVn'几个kT/q；xm~10nm1、基本I-V特性VV>V>Vp：93、I-V特性基本机理分析—隧穿效应反偏：正偏零偏从态密度解释104、隧穿必要条件1）电子隧出一侧存在电子占据态；2）电子隧入一侧相同能级存在未被电子占据态；3）隧道势垒高度足够低，宽度足够窄；4）

5、隧穿过程能量、动量守恒。5、隧穿E-k关系直接带隙能量、动量守恒间接带隙能量守恒动量守恒声子参与声子与初始电子能量之和等于隧穿后能量E1E2GeE=E//+E┴=11126、隧穿几率未考虑间接隧穿；未考虑垂直动量。EgX0=0x1EC(x)电流？12Egx1x21）隧穿电流7、电流-电压特性平衡态：加偏压：IVIpVVVpVE2E113当偏压使电子态分布的峰值与空穴分布的峰值对应同一能量时的偏压为峰值电流的电压电子浓度分布空穴浓度分布qVpqVn''*142）过剩电流隧穿路径：CADCBDCABDCD电子需隧穿的能量B→D（势垒高度）：EX≈Eg+q(Vn+Vp)–qV=q(Vbi-V)D

6、x:B点占据态密度ABDCqVbiqVbi153）pn结扩散电流电流-电压特性16178、器件等效电路LSRSCj-R寄生参数本征参数最小负阻RminIVqVpqVn''179、频率特性及应用-工作条件LSRSCj-R寄生参数本征参数最小负阻RminIV输入阻抗：工作频率,此时有负阻和电抗此时为负阻和容抗寄生电阻与电感要做小18LSRSCj-R寄生参数本征参数开关速度取决于充放电时常数--RC希望隧穿电流大表征参数：速度指数(品质因子)—Ip/Cj(VV)速度指数Jp耗尽层宽度速度指数与耗尽层宽度及峰值电流关系示意图最小负阻RminIVIpVVVpV19基本结构工作机制工作机理输运过程物理

7、图像思考题若系弱简并pn结，I-V特性曲线如何？若由强逐渐过渡弱简并，I-V特性规律如何？20二、反向二极管（BackwordDiode）IVIV弱简并更弱简并机理？？峰值电流小峰值电流小机理？？21结构—简并pn结；隧穿—条件；峰值电流—简并度；电流成份—隧穿电流，过剩电流，热电流22作业1、依据隧道二极管I-V特性曲线，叙述其基本结构条件、工作机制与机理，以及其振荡及负阻工作条件；2、依据反向二极管I-V特性曲线，叙