【正文】 3. 什么是霍爾效應(yīng)？如何根據(jù)霍爾效應(yīng)測(cè)定半導(dǎo)體的載流子類型？4. 根據(jù) GaAs的能帶結(jié)構(gòu)說(shuō)明它的導(dǎo)電特性和典型應(yīng)用。利用磁阻效應(yīng)制作的半導(dǎo)體磁敏電阻，已得到廣泛應(yīng)用。機(jī)理： 加磁場(chǎng)后，半導(dǎo)體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的載流子會(huì)受到洛倫茲力的作用，而改變路程的方向，因而延長(zhǎng)了電流經(jīng)過(guò)的路程，引起電阻增加。載流子濃度和遷移率都是半導(dǎo)體材料的重要參數(shù)，通過(guò)霍爾系數(shù)測(cè)量 ,可以確定載流子濃度和遷移率。五、半導(dǎo)體的磁學(xué)性質(zhì)霍爾效應(yīng)半導(dǎo)體樣品沿 x方向通過(guò)較小的電流 I，在 y方向加一個(gè)磁場(chǎng) B，樣品厚度為 d，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在 z方向樣品兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓 VH，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 MIS結(jié)構(gòu)四、半導(dǎo)體的界面特性 MIS結(jié)構(gòu)實(shí)際 MIS結(jié)構(gòu)與理想情況結(jié)果不同，人們利用這一差別進(jìn)行比較，確定絕緣層電荷量、界面態(tài)等性質(zhì)，還可根據(jù)瞬態(tài) CV特性來(lái)確定半導(dǎo)體表面層中少數(shù)載流子壽命。 MIS結(jié)構(gòu)四、半導(dǎo)體的界面特性設(shè) P型半導(dǎo)體襯底接地，金屬板 (柵極 )施加電壓 VG將產(chǎn)生垂直半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)，從 4種柵壓 VG下的 MIS能帶圖，其中 E0為真空能級(jí)， ?0和 ?3分別為絕緣體導(dǎo)帶底和半導(dǎo)體導(dǎo)帶底對(duì)真空能級(jí)的差，稱為絕緣體和半導(dǎo)體的電子親和能。半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)四、半導(dǎo)體的界面特性pMIS結(jié)構(gòu) —— 即金屬 絕緣體 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；p在設(shè)計(jì)和制造半導(dǎo)體器件時(shí)，常常在半導(dǎo)體表面生長(zhǎng)一層絕緣層，可以起鈍化作用，但是絕緣層中總是存在一些電荷．在絕緣體 半導(dǎo)體界面處存在局域的電子能量狀態(tài)，即界面態(tài)，既會(huì)影響器件的性能，又會(huì)影響器件的穩(wěn)定性和可靠性，因此研究表面層的狀態(tài)是十分重要的；pMIS結(jié)構(gòu)不僅是大多數(shù)半導(dǎo)體器件中的實(shí)際結(jié)構(gòu)．而且是MOS(金屬 氧化物 半導(dǎo)體 )晶體管、 CCD(電荷耦合器件 )的基本組成部分。半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)四、半導(dǎo)體的界面特性構(gòu)成異質(zhì)結(jié)的兩種材料一般應(yīng)選擇：(1)具有相同的晶格結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)盡可能相近，以便獲得無(wú)缺陷、無(wú)應(yīng)變的界面，改善結(jié)的性能。由于異質(zhì)結(jié)的實(shí)現(xiàn)，為制作集成電路提供了能起良好絕緣作用的襯底，對(duì)集成電路的發(fā)展有重大意義；u可以通過(guò)改變異質(zhì)結(jié)的組分，在一定范圍內(nèi)，人為地連續(xù)可調(diào)異質(zhì)結(jié)的晶格常數(shù)、帶隙寬度等參數(shù)，則擴(kuò)大了材料的應(yīng)用范圍。金屬 半導(dǎo)體界面 金屬 半導(dǎo)體界面四、半導(dǎo)體的界面特性u(píng)若兩種品格結(jié)構(gòu)相同，晶格常數(shù)相近，但帶隙寬度不同的半導(dǎo)體材料長(zhǎng)在一起形成結(jié)，則稱為異質(zhì)結(jié)。當(dāng)加反向偏壓時(shí)，自建場(chǎng)增強(qiáng)．而金屬勢(shì)壘 q?ms不變，形成反向電流，當(dāng)反向電壓增大到一定值，反向電流趨于飽和值。金屬 半導(dǎo)體界面四、半導(dǎo)體的界面特性導(dǎo)電機(jī)理 : 以金屬和 N型半導(dǎo)體的 SBD為例 ,設(shè)金屬費(fèi)米能級(jí)位置比 N型半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)低，兩者接觸達(dá)到平衡時(shí)的情況，統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)金屬表面帶負(fù)電、負(fù)電荷集中在表面很薄的一層．半導(dǎo)體表面帶正電，正電荷區(qū)較寬，在半導(dǎo)體一側(cè)，類似于單邊突變結(jié)，自建場(chǎng)由半導(dǎo)體指向金屬，半導(dǎo)體中電子勢(shì)壘的高度為 qVD，而金屬的勢(shì)壘高度 :與外加偏壓無(wú)關(guān)。n最重要的兩種類型接觸 。216。如光照射 pn結(jié)，在空間電荷區(qū)外一個(gè)擴(kuò)散長(zhǎng)度范圍內(nèi)光激發(fā)的電子 空穴對(duì)，使到達(dá)反向 pn結(jié)空間電荷區(qū)邊界少子濃度增高。實(shí)際 pn結(jié)的反向電流與材料受到的污染、含有缺陷或外界作用有關(guān)，常常導(dǎo)致 js的實(shí)際值大于理論值。p單向?qū)щ姷臋C(jī)理：由于結(jié)區(qū)中載流子濃度很低，是高阻區(qū)，如果加上正向偏壓 V，我們可以認(rèn)為其全降落在結(jié)區(qū)， V使 p區(qū)電勢(shì)升高，則勢(shì)壘降低，電子不斷從 n區(qū)向 p區(qū)擴(kuò)散，空穴也不斷從 p區(qū)向 n區(qū)擴(kuò)散，由于是多子運(yùn)動(dòng)，所以隨外加電壓的增加，擴(kuò)散電流顯著增加；反之施加反向偏壓－ V時(shí)，外加電場(chǎng)與自建電場(chǎng)一致，使勢(shì)壘升高，漂移運(yùn)動(dòng)成了主要方面，由于是少子運(yùn)動(dòng)，所以反向電流很小，且不隨反向電場(chǎng)的增大有很大增加。四、半導(dǎo)體的界面特性ppn結(jié)伏安特性指通過(guò) pn結(jié)的電流與外加電壓 (偏壓 )的關(guān)系：p正向偏壓下，電流隨偏壓指數(shù)上升，可達(dá)幾十安／厘米 2~幾千安／厘米 2 ，反向偏壓下，電流很小，且很快趨向飽和，即反向飽和電流僅幾微安／厘米 2 ；當(dāng)反向偏壓升到某電壓值時(shí)，反向電流急劇增大，稱為擊穿，其電壓為擊穿電壓 V擊穿 。 Pn結(jié) :平衡 pn結(jié)勢(shì)壘四、半導(dǎo)體的界面特性n型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)在本征費(fèi)米能級(jí)之上， P型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)在本征費(fèi)米能級(jí)之下，當(dāng) n型和 P型半導(dǎo)體形成 pn結(jié)時(shí)，由于自建場(chǎng)的作用，平衡 pn結(jié)達(dá)到統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí) EF，即 p型區(qū)能帶相對(duì) n型區(qū)上移，而上移的高度為 qVD,稱為平衡 pn結(jié)的勢(shì)壘高度。 Pn結(jié)四、半導(dǎo)體的界面特性 當(dāng) pn結(jié)形成時(shí)，在交界處有一結(jié)區(qū)，在結(jié)區(qū)內(nèi)形成空間電荷，而自由載流子數(shù)目少，所以也常稱為耗盡層。216。緩變結(jié)的雜質(zhì)分布是通過(guò)結(jié)面緩慢地變化。Pn結(jié)按其雜質(zhì)分布狀況可以分為兩類：突變結(jié)和緩變結(jié)。pn結(jié)是許多半導(dǎo)體電子器件的基本結(jié)構(gòu)單元。如果在同一塊半導(dǎo)體材料中，一邊是 p型區(qū)，另一邊是 n型區(qū)，在相互接觸的界面附近將形成一個(gè)結(jié)叫 pn結(jié)。載流子擴(kuò)散系數(shù) D與遷移率 ?遵從愛因斯坦關(guān)系：而 Lh、 Ln也是半導(dǎo)體的一個(gè)重要參數(shù)，是有關(guān)器件設(shè)計(jì)、提高性能必須考慮的因素。非平衡載流子的的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)： 由于非平衡載流子一般是靠外部條件的作用而產(chǎn)生的，因而在半導(dǎo)體中各處的濃度不像平衡載流子那樣是均勻的。三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合其中 Dh為空穴擴(kuò)散系數(shù)， ?p為空穴的壽命。實(shí)際在材料表面也存在復(fù)合過(guò)程，在材料表面常常存在各種復(fù)合中心，所以表面復(fù)合的本質(zhì)也是間接復(fù)合。能促使這種間接復(fù)合的局域中心稱為復(fù)合中心，雜質(zhì)和缺陷就成為復(fù)合中心。 216。直接復(fù)合： 導(dǎo)帶電子直接躍遷到價(jià)帶的某一空狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合，稱為直接復(fù)合 (帶間復(fù)合 )。 因此不同的器件對(duì)非平衡載流子壽命值也有不同的要求，如對(duì)高頻器件，要求壽命要小，而對(duì)探測(cè)器要求壽命要大。 材料中重金屬 雜質(zhì)、晶體缺陷的存在、表面的性質(zhì)都直接影響壽命的長(zhǎng)短 。非平衡載流子壽命也用少數(shù)裁流子壽命來(lái)描述。三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合 非平衡載流子的重要特點(diǎn)之一是它們會(huì)因復(fù)合而消失。通常用光注入或電注入方法產(chǎn)生非平衡載流子。三、非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合 對(duì)于非簡(jiǎn)并半導(dǎo)體，在一定溫度下載流子濃度是一定的，這種處于熱平衡狀態(tài)下的載流子濃度稱為平衡載流子濃度。而且，在同一種材料中，載流子遷移率與摻雜濃度有關(guān)。對(duì)摻雜濃度低的硅材料，其遷移率隨溫度的升高，大幅度下降，因此影響遷移率的主要因素是晶格散射。當(dāng)溫度升高時(shí) ,電離雜質(zhì)散射減弱，遷移率 ?I升高。二 .半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)有效質(zhì)量一定時(shí)，影響遷移率的主要因素是弛豫時(shí)間左式對(duì)于電子載流子和空穴載流子都是適用的載流子的遷移率二、半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)載流子的遷移率對(duì)于簡(jiǎn)單能帶，可將晶格振動(dòng)散射 ?L與溫度 T的關(guān)系表示為 ?L=aLT3/2 其中 aL為與載流