【正文】 以作類似分析，所形成的圖如下 圖 10 n型半導體構成的理想 MOS結構的能帶圖和電荷分布 ?MOSFET基本工作原理 ? 柵極 G不加電壓 VGS =0 實際為兩個背靠背的 pn+結 圖 11 VGS =0的 MOSFET ? 柵極小電壓 0 ＜ VGS ＜ VT p 型半導體表面耗盡，形成表面耗盡層 多子耗盡層 耗盡區(qū) 圖 12 0 ＜ VGS ＜ VT的 MOSFET ? 柵極大電壓 VGS ＞ VT （反型閥值電壓） ? 表面反型，源區(qū)與漏區(qū)兩個 n+ 區(qū)連接了起來 ? 在漏極正電壓的作用下，電子從源區(qū)流向漏區(qū) ? 形成 n 溝道，改變柵壓可以調(diào)制溝道電導的大小 ?n 溝道增強型 MOSFET的輸出特性曲線 漏極 D正偏 VDS﹥ 0 ? VDS﹤ VGSVT﹥ 0: ID與 VDS接近線性變化（線性區(qū)） ? VGSVT ﹤ VDS ﹤ VDSa : 溝道被夾斷 , ID基本不變化（飽和區(qū)） ? VDS ﹥ VDSa : ID隨 VDS急劇增加（雪崩區(qū)） ? 實際半導體的表面氧化層 SiO2層中帶正電荷（等效柵極電壓） ? 金屬和半導體功函數(shù)差 ? 柵壓 VGS=0時，半導體表面已經(jīng)形成了反型溝道 ? 漏極加正電壓就有漏電電流流過溝道區(qū) ? n 溝道耗盡型 MOSFET ? 增強型 n 溝道 MOSFET則在柵壓為零時沒有導電溝道，只有當 VGS ﹥ VT 才能形成導電溝道 ? p 溝道 MOSFET(增強型和耗盡型 )與 n 溝道的結構類似： ? n 型 Si為襯底制作兩個 p+區(qū) ? 依靠負柵壓使 n 型反型以空穴導電、漏極接負電壓 肖特基勢壘柵場效應晶體管 MESFET ? 肖特基勢壘取代 JFET的 pn結勢壘，形成肖特基勢壘柵場效應管 ? 不需要絕緣層和 pn結 ? 可以采用電子遷移率很高的材料（如： GaAs、 InP） ? n 溝道 MESFET ? 肖特基勢壘柵場效應管兼有 JFET和 MOSFET的優(yōu)點： 器件制作類似 MOSFET 電學性質(zhì)類似 JFET 避免表面態(tài)的影響 電子遷移率很高 特點：高頻（微波）、低噪聲、較高的功率 ? 實際 MESFET的柵長為微米數(shù)量級，出現(xiàn)強場效應，在溝道尚未夾斷前，電子數(shù)度已經(jīng)達到飽和漂移數(shù)度 ? GaAsMESFET， 結構簡單 、 制造過程少 ， 因此寄生電容小 ， 噪聲系數(shù)低 ， 而且噪聲頻率變化趨勢比雙極型晶體管慢得多 ? 較高的功率增益 ?場效應晶體管（ FET） : ? 柵電壓調(diào)制溝道電導，從而調(diào)制溝道電流 ? JFET： pn結 ， npn為 p溝道 、 pnp為 n溝道 ? MOSFET： MOS結 ， npn為 n溝道 、 pnp為 p溝道 ? MESFET：肖特基結 異質(zhì)結及其器件 異質(zhì)結的材料 兩種不同半導體接觸形成異質(zhì)結 ?同型（高低）異質(zhì)結（ pP異質(zhì)結、 nN異質(zhì)結 ） ?異型（反型）異質(zhì)結（ pN異質(zhì)結、 Pn異質(zhì)結 ） 單晶材料不同 禁帶寬度、介電常數(shù)、晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)不同 晶格失配率 ： )(2 2121 aaaa ??異質(zhì)結界面形成懸掛鍵和界面態(tài) 構成異質(zhì)結的兩種材料的晶格常數(shù)要匹配： 21 aa ?Ge和 GaAs的晶格常數(shù)失配率約為 % GaAs 和 AlGaAs的晶格常數(shù)失配率約 % 異質(zhì)結的能帶結構 異質(zhì)結： 窄能帶隙材料（ p或 n）與寬能帶隙材料（ P或 N）： pN異質(zhì)結、 Pn異質(zhì)結、 nN異質(zhì)結、 pP異質(zhì)結 寬帶隙包納窄帶隙 寬帶隙與窄帶隙交替錯開 寬帶隙與窄帶隙完全錯開 異質(zhì)結特性 理想 pN異質(zhì)結熱平衡能帶圖 ?熱平衡態(tài)，統(tǒng)一的費米能級 ?真空能級 E 0連續(xù) ?電子親和勢 х 始終不變 ?耗盡層部分能級彎曲 ?中性區(qū)（ N區(qū)、 p區(qū)）能級不彎曲 ?N區(qū)能級向下平移 eVD2 ?p區(qū)能級向上平移 eVD1 ?eVD＝ eVD1＋ eVD2 21 DDD eVeVeV ??21 ?? ??? CE)( 1122 ggv EEE ????? ??)( 12 ggg EEE ???Cg EE ????)()( 2112 ?? ???? gg EE2112 ?? ???? FF EE理想 nP異質(zhì)結熱平衡能帶圖 內(nèi)建電位為： 據(jù)左圖可得： pnCE ?? ???)( gnngppv EEE ????? ??)( gngpg EEE ???Cg EE ????)()( pngngp EE ?? ????界面態(tài)對能帶的影響： 晶格常數(shù)不同 即使在某溫度時晶格常數(shù)相同 熱膨脹系數(shù)不同 溫度變化使晶格常數(shù)不相同 引起晶格失配： )(2 2121 aaaa ??晶格常數(shù)小的半導體材料界面產(chǎn)生懸掛鍵（不飽和價鍵） 在界面兩側形成載流子勢壘： ?受主型界面態(tài)：電子勢壘 ?施主型界面態(tài)：空穴勢壘 在界面兩側形成載流子勢壘：受主型界面態(tài)：電子勢壘施主型界面態(tài)：空穴勢壘能帶彎曲 異質(zhì)結的電流輸運機構 突變異型異質(zhì)結的電流輸運機構 ?擴散模型：假定載流子以擴散運動方式通過勢壘 用同質(zhì) pn結中肖克萊理論 ?發(fā)射模型：假定足夠的熱運動 載流子克服勢壘，從界面的一側進入另一側 用肖特基勢壘熱電子發(fā)射理論 ?發(fā)射－復合模型：假定熱運動導致載流子越過界面 界面態(tài) 電子與空穴在界面態(tài)復合，形成界面態(tài)電流 ?隧道模型：假定勢壘尖峰的厚度很小，電子可以穿透隧道 形成隧道電流 ?隧道－復合模型：界面復合效應、隧道復合效應 實際異質(zhì)結電流輸運很復雜，是多種電流機構的組合 pN加上正偏壓時的能帶（忽略能帶尖峰）： 無偏壓，熱平衡 加正偏壓 正偏壓很大， 超注入 偏壓 V1很大 窄帶區(qū) Egp的少數(shù)載流子（電子）濃度 大于 寬帶區(qū) Egn的多數(shù)載流子（電子）濃度 肖克萊方程： 21 pn JJJ ??總電流： 電子電流密度： 空穴電流密度： 電子注入比： 00nnpppnPnpLDnLDJJ ??