半导体物理与器件第九章课件.ppt

《半导体物理与器件第九章课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、半导体物理与器件陈延湖金属半导体结的整流接触特性，即肖特基势垒PN结的理想电压电流特性金属半导体结的欧姆接触概念及特性异质结典型能带结构及性能特点本章重点问题：第九章金属半导体和半导体异质结当金属作为引线电极将器件的电流或电压接入电路时，金半接触需要实现欧姆接触而不是整流接触。良好的欧姆接触是器件制造的重点和难点，也是器件所必备的。特别对于高频和大功率器件。9.2金属半导体的欧姆接触对于高频晶体管器件其性能品质因子为特征频率fT和最高震荡频率fmax良好的欧姆接触保证较小的电极电阻Rb、Rc、Re，从而获得较大的ft、fmax欧姆接触：它不产生明显的附加阻抗，而且

2、不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。理想欧姆接触的接触电阻很小，欧姆接触上的电压降应该远小于样品和器件本身的压降；VIVI欧姆接触：线性IV曲线；零偏接触电阻较小如何实现欧姆接触：选择合适的金属使半导体形成反阻挡层，反阻挡层没有整流作用。9.2.1理想非整流接触势垒金属与n型半导体接触：当m<s时，在半导体表面形成反阻挡层接触前接触后正偏反偏正偏：电子从半导体流向金属没有遇到势垒，就会有很大的正向电流反偏：电子从金属流向半导体会遇到小的势垒，很容易穿过势垒形成很大的反向电流因而M<s时金属与N型半导体形成欧姆接触，也就是半导表面形成反阻挡层可以

3、形成欧姆接触。同理当m>s时，金属与P型半导体也可以形成欧姆接触（参见图9.13）由于半导体表面态的存在，假定半导体能带隙的上半部分存在受主表面态，那么所有受主态都位于EF之下，如图9.11b.这些表面态带负电荷，将使能带图发生变化。同样地假定半导体能带隙的下半部分存在施主表面态，如图9.13b，所有施主态都位于EF之上，这些表面态带正电荷，将使能带图发生变化。因此表面态的作用可能使反阻挡层变为阻挡层，因而导致无法形成良好的欧姆接触如何实现欧姆接触：由于重要半导体材料具有高表面态，往往难以利用选择金属材料的方法实现欧姆接触。在生产实际中常采用隧道效应在半导体上

4、制造欧姆接触。9.2.2隧道效应金属半导体接触的空间电荷层宽度与半导体掺杂浓度的平方根成反比，随着掺杂浓度的增加，遂穿效应增强金属与重掺杂半导体结的能带图用比接触电阻Rc表征欧姆接触的好坏：电流密度对电压求导的倒数，单位为Ω.cm2对高掺杂半导体，隧道电流起主要作用，RC强烈依赖于半导体掺杂浓度辅助措施：金属与半导体材料合金化，形成稳定的合金物质：如对硅材料，形成硅化物，即silicide针对难以重掺杂的宽禁带化合物，采用与窄带隙半导体构成缓变异质结来过渡、并加上高掺杂技术，即在宽带隙半导体表面上加一层高掺杂（型号相同）的窄带隙半导体、构成一个异质结来实现欧姆接触

5、。器件中欧姆接触范例：发射极（宽禁带AlGaAs)：生长可高掺杂的窄禁带GaAs层，实现欧姆接触1e191e161e181e19集电极：生长子集电极GaAs层，重掺1e18，实现欧姆接触基极（窄禁带GaAs)：GaAs层重掺杂1e19，实现欧姆接触对HBT器件合金前后器件特性对比:通过合金，HBT器件的集电极金半接触电阻变小，HBT器件的饱和电压减小。9.3异质结异质结定义：由两种不同的半导体材料形成的结称为异质结(heterojunction)。由于形成异质结的两种半导体单晶材料的禁带宽度、介电常数、折射率、吸收系数等物理参数不同，异质结(heterojucti

6、on)表现出不同于同质结（homojunction）的性质。异质结器件的发展：1948年肖克莱提出HBT概念和获得专利；1960年制造成功第一个异质结；1969年实现异质结半导体激光器；1972年IBM实现HBT器件(GaAs基）；1980实现HEMT器件；1987年IBM实现SiGeHBT分子束外延生长（MBE）异质结制作技术：外延技术—液相、气相、分子束等。Epitaxial异质结的分类反型异质结：指由导电类型相反的两种不同的半导体材料所形成的异质结。如p型Ge与n型GaAs所形成的结，记为p-nGe-GaAs；若异质结由n型Ge与p型GaAs所形成，记为n-

7、pGe-GaAs。同型异质结：指由导电类型相同的两种不同的半导体材料所形成的异质结。如n型Ge与n型GaAs形成n-nGe-GaAs。异质结也可以分为突变型异质结和缓变型异质结两种一般把禁带宽度较小的半导体材料写在前面。或者用大写字母表示较宽带隙的材料，如Np，nP，Nn，pP。9.3.2异质结能带图在研究异质结特性时，异质结的能带图起着重要作用，异质结的能带图取决于形成异质结的两种半导体的电子亲和势、禁带宽度、及功函数、界面态等真空能级窄禁带材料p型Ge和宽禁带材料N型GaAs成结前的能带图不考虑界面态时的突变反型异质结能带图形成突变nP异质结后的热平衡能带图V

8、bi为接触