電子信息物理學(xué)(1)-資料下載頁
2025-01-16 19:22本頁面
【正文】 以作類似分析，所形成的圖如下 圖 10 n型半導(dǎo)體構(gòu)成的理想 MOS結(jié)構(gòu)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(shí)際為兩個(gè)背靠背的 pn+結(jié) 圖 11 VGS =0的 MOSFET ? 柵極小電壓 0 ＜ VGS ＜ VT p 型半導(dǎo)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(gè) 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(dǎo)的大小 ?n 溝道增強(qiáng)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(shí)際半導(dǎo)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(dǎo)體功函數(shù)差 ? 柵壓 VGS=0時(shí)，半導(dǎo)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(qiáng)型 n 溝道 MOSFET則在柵壓為零時(shí)沒有導(dǎo)電溝道，只有當(dāng) VGS ﹥ VT 才能形成導(dǎo)電溝道 ? p 溝道 MOSFET(增強(qiáng)型和耗盡型 )與 n 溝道的結(jié)構(gòu)類似： ? n 型 Si為襯底制作兩個(gè) p+區(qū) ? 依靠負(fù)柵壓使 n 型反型以空穴導(dǎo)電、漏極接負(fù)電壓 肖特基勢(shì)壘柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管 MESFET ? 肖特基勢(shì)壘取代 JFET的 pn結(jié)勢(shì)壘，形成肖特基勢(shì)壘柵場(chǎng)效應(yīng)管 ? 不需要絕緣層和 pn結(jié) ? 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(shì)壘柵場(chǎng)效應(yīng)管兼有 JFET和 MOSFET的優(yōu)點(diǎn)： 器件制作類似 MOSFET 電學(xué)性質(zhì)類似 JFET 避免表面態(tài)的影響 電子遷移率很高 特點(diǎn)：高頻（微波）、低噪聲、較高的功率 ? 實(shí)際 MESFET的柵長為微米數(shù)量級(jí)，出現(xiàn)強(qiáng)場(chǎng)效應(yīng)，在溝道尚未夾斷前，電子數(shù)度已經(jīng)達(dá)到飽和漂移數(shù)度 ? GaAsMESFET， 結(jié)構(gòu)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(shì)比雙極型晶體管慢得多 ? 較高的功率增益 ?場(chǎng)效應(yīng)晶體管（ FET） : ? 柵電壓調(diào)制溝道電導(dǎo)，從而調(diào)制溝道電流 ? JFET： pn結(jié) ， npn為 p溝道 、 pnp為 n溝道 ? MOSFET： MOS結(jié) ， npn為 n溝道 、 pnp為 p溝道 ? MESFET：肖特基結(jié) 異質(zhì)結(jié)及其器件 異質(zhì)結(jié)的材料 兩種不同半導(dǎo)體接觸形成異質(zhì)結(jié) ?同型（高低）異質(zhì)結(jié)（ pP異質(zhì)結(jié)、 nN異質(zhì)結(jié) ） ?異型（反型）異質(zhì)結(jié)（ pN異質(zhì)結(jié)、 Pn異質(zhì)結(jié) ） 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(jié)界面形成懸掛鍵和界面態(tài) 構(gòu)成異質(zhì)結(jié)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(jié)的能帶結(jié)構(gòu) 異質(zhì)結(jié)： 窄能帶隙材料（ p或 n）與寬能帶隙材料（ P或 N）： pN異質(zhì)結(jié)、 Pn異質(zhì)結(jié)、 nN異質(zhì)結(jié)、 pP異質(zhì)結(jié) 寬帶隙包納窄帶隙 寬帶隙與窄帶隙交替錯(cuò)開 寬帶隙與窄帶隙完全錯(cuò)開 異質(zhì)結(jié)特性 理想 pN異質(zhì)結(jié)熱平衡能帶圖 ?熱平衡態(tài)，統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí) ?真空能級(jí) E 0連續(xù) ?電子親和勢(shì) х 始終不變 ?耗盡層部分能級(jí)彎曲 ?中性區(qū)（ N區(qū)、 p區(qū)）能級(jí)不彎曲 ?N區(qū)能級(jí)向下平移 eVD2 ?p區(qū)能級(jí)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(jié)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(duì)能帶的影響： 晶格常數(shù)不同 即使在某溫度時(shí)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(dǎo)體材料界面產(chǎn)生懸掛鍵（不飽和價(jià)鍵） 在界面兩側(cè)形成載流子勢(shì)壘： ?受主型界面態(tài)：電子勢(shì)壘 ?施主型界面態(tài)：空穴勢(shì)壘 在界面兩側(cè)形成載流子勢(shì)壘：受主型界面態(tài)：電子勢(shì)壘施主型界面態(tài)：空穴勢(shì)壘能帶彎曲 異質(zhì)結(jié)的電流輸運(yùn)機(jī)構(gòu) 突變異型異質(zhì)結(jié)的電流輸運(yùn)機(jī)構(gòu) ?擴(kuò)散模型：假定載流子以擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方式通過勢(shì)壘 用同質(zhì) pn結(jié)中肖克萊理論 ?發(fā)射模型：假定足夠的熱運(yùn)動(dòng) 載流子克服勢(shì)壘，從界面的一側(cè)進(jìn)入另一側(cè) 用肖特基勢(shì)壘熱電子發(fā)射理論 ?發(fā)射－復(fù)合模型：假定熱運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致載流子越過界面 界面態(tài) 電子與空穴在界面態(tài)復(fù)合，形成界面態(tài)電流 ?隧道模型：假定勢(shì)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(fù)合模型：界面復(fù)合效應(yīng)、隧道復(fù)合效應(yīng) 實(shí)際異質(zhì)結(jié)電流輸運(yùn)很復(fù)雜，是多種電流機(jī)構(gòu)的組合 pN加上正偏壓時(shí)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 ??
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