《半导体光电子器》PPT课件

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1、半导体光电子器件1409-91、11、12、班--2012.03-06--张鹤鸣88201500(0)13319276116hmzhang@xidian.edu.cn1“CompleteGuidetoSemiconductorDevice”指出：半导体器件有67种，110余变种。概述2构结本基基本结构漂移-扩散电子器件半导体器件基本类型pn结MISM-S异质结组合光电子器件电子-光子互作用物理过程理论基础理论基础3课程主要内容CH1半导体光电子器件物理基础CH2半导体太阳电池（SolarCells）CH3半导体光电探测器（Photodete

2、ctors）CH4半导体电荷耦合器件（CCD）CH5半导体发光二极管（LED）CH6半导体激光器（LD）4层次基本结构与原理主要概念与性能理论基础与机理性能提升与措施重点理解与掌握基本物理概念基本物理过程基本物理图像5Ch1半导体光电子器件物理基础一、pn结二、MIS结构三、金属与半导体接触四、异质结与量子阱五、半导体光吸收与光辐射六、平板介质光波导基本理论基本物理属性基本电学特性6§1-1pn结（同质）一、基本物理属性1、基本类型2、空间电荷区与自建电场3、能带结构（平衡与非平衡）4、载流子分布（平衡与非平衡）二、基本电学特性1、载流子输

3、运过程2、I-V特性3、势垒电容与扩散电容4、击穿机制及机理7空间电荷区形成物理过程及属性8能带结构及载流子分布?9P区n区pp0pn0nn0np0pn0exp(qVF/kT)np0exp(qVF/kT)P区n区pp0pn0nn0np0pn0exp(qVR/kT)np0exp(qVR/kT)正偏：反偏：10费米能级11载流子输运过程12I-V特性LnLp??WPWn13势垒电容物理机制P区n区P区n区空穴补偿电子补偿空穴释放电子释放偏压上升：变窄偏压下降：变宽14扩散电容物理机制P区n区pn15§1-2MIS结构一、MIS结构物理基础1、半

4、导体表面状态与能带结构2、半导体表面势与表面电荷3、氧化层电荷与界面态作用4、强反型与阈值电压5、深耗尽状态及机理二、MISFET电学特性1、MISFET基本原理与结构2、MISFET基本类型与特性16MIS基本结构及属性VGn-Siorp-SimetalinsulatorVoxVSSurfaceSpaceChargeRegion17(Wm–Ws)/q(Ei–EF)/q可略表面状态与能带结构表面势与表面电荷?强反型与阈值电压?VG=VT=VFB–(Q反+Q耗尽)/Cox+2ΦF=VFB–Q耗尽/Cox+2ΦFVFB=Φms–QSiO2/Co

5、x18深耗尽状态及机制VGVGVGdVG/dt↑↑ppp19VG≥VTp-SiMOSFET结构、原理及类型n+n+结构及类型?20§1-3金属与半导体接触一、金-半接触物理基础1、金-半接触类型与能带结构2、势垒形成与界面态3、空间电荷区与电势二、肖特基结基本电学特性1、基本电学特性2、载流子输运过程及机制21势垒接触22非势垒接触23非势垒接触（欧姆接触？）24表面态影响与欧姆接触EFm25§1-4异质结与量子阱一、异质结物理基础1、基本类型与能带结构2、空间电荷区与电势二、异质结基本电学特性1、载流子输运过程2、基本电学特性与特征三、量

6、子阱与超晶格1、量子阱2、超晶格3、量子点与量子线四、二维电子气（2DEG）与二维空穴气（2DHG）26一、异质结物理基础异质结：两种禁带宽度不同的半导体材料组成的结。1、基本类型与能带结构类型：异型异质结--两种材料导电类型不同；同型异质结--两种材料导电类型相同。主要应用：微电子器件--提高增益、频率特性、线性度，减小噪声、功耗等。光电子器件--提高器件光电转换效率等。主要结构材料：GaAs基材料，如，AlxGa1-xAs/GaAs、InxGa1-xAs/GaAs；Si基：Si1-xGex/Si，--272、能带结构特征：导带、价带分别

7、存在带隙差∆EC和∆EV特点：高、低势垒△EC△EV△Ecor缓变异性异质结283、空间电荷区与电势1）空间电荷区形成过程2）电场及其分布掺杂浓度：ＮＡ和ＮＤ；介电常数εpS和εnS–xp

8、n区侧：315）势垒电容空间电荷区正的或负的电荷量:单位面积势垒电容与掺杂浓度、偏置电压的关系与同质结相同32二、异质结基本电学特性(n区宽带p区窄带为例)1、载流子输运过程（载