微电子器件(5-1)ppt课件.ppt

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1、第5章半导体异质结器件由两种不同材料所构成的结就是异质结。如果这两种材料都是半导体，则称为半导体异质结；如果这两种材料是金属和半导体，则称为金属-半导体接触，这包括Schottky结和欧姆接触。材料1材料2半导体异质结可根据界面情况分成三种晶格匹配突变异质结；当两种半导体的晶格常数近似相等时，即可认为构成了第一种异质结，这里所产生的界面能级很少，可以忽略不计。晶格不匹配异质结；当晶格常数不等的两种半导体构成异质结时，可以认为在晶格失配所产生的附加能级均集中在界面上，而形成所谓界面态，这就是第二种异质结。合金界面异质结。第三种异质结的界面认为是具有一

2、点宽度的合金层，则界面的禁带宽度将缓慢变化，这时界面能级的影响也可以忽略。5.1.1半导体异质结的能带突变异质结的两边是不同的半导体材料，则禁带宽度不同，从而在异质结处就存在有导带的突变量△EC和价带的突变量△EV。不考虑界面处的能带弯曲作用时的几种典型的能带突变形式两种材料禁带交叉的情况△Ec=EC1-EC2＞0△Ev=EV2-EV1＞0,△EG=EG1-EG2=△EC+△EV；两种材料禁带错开的情况△EC＜0△EV＞0△EG=EG1-EG2=△EC+△EV；禁带没有交接部分的情况△EC＜0△EV＞0△EG=EG1-EG2=△EC+△EV。能带突

3、变的应用例子：（a）产生热电子（b）使电子发生反射的势垒（c）提供一定厚度和高度的势垒（d）造成一点深度和宽度的势阱。(a)(b)(c)(d)不考虑界面态时，突变反型异质结能带图。突变异质结是指从一种半导体材料向另一种半导体材料的过渡只发生在几个原子距离范围内的半导体异质结。在未形成异质结前，p型半导体费米能级与n型半导体费米能级不在同一水平当紧密接触形成异质结时，电子将从n型半导体流向p型半导体，同时空穴在于电子相反的方向流动，直至两块半导体的费米能级处于同一能级，形成异质结。两块半导体材料交界处形成空间电荷区（即势垒区或耗尽层），n型半导体为正

4、空间电荷区，p型半导体一边为负空间电荷区，因不考虑界面态，势垒区中正空间电荷数等于负空间电荷数。能带发生了弯曲。n型半导体的导带底和价带顶的弯曲量为qVD2，而导带底在交界面处形成一向上的“尖峰”。P型半导体的导带底和价带顶的弯曲量为qVD1，而导带底在交界面处形成一向下的“凹口”；能带在交界面处不连续，有一个突变。两种半导体的导带底在交界面处的突变量为价带顶的突变量为由此有两种半导体形成异质结后，其内建电势为：运用同质结一样的耗尽层近似，可以得出内建电势在P型区和N型区中的分量：在反向偏压或小正向偏压（V

5、度公司与同质结相同，分别是耗尽层电容对突变同型异质结的能带图分析，下左图为n型的两种不同半导体材料形成异质结之前的平衡能带图，右图为形成异质结之后的平衡能带图。当两种半导体材料紧密接触形成异质结时，由于禁带宽度大的n型半导体的费米能级比禁带宽度小的高，所以电子将从前者向后者流动，在禁带宽度小的n型半导体一边形成电子积累层，另一边形成耗尽层。同理，可得突变同型异质结的能带图5.1.2半导体异质结伏安特性PN同质结的正向电流均以扩散电流为主，伏安特性表达式为：在P-N异质结中既有电子势垒又有电子势阱，但当势垒高度和势阱深度不相同时，异质结的导电机制也有

6、所不同，所以把这种异质结分为负反向势垒和正反向势垒。不同能带形式不同的传输机理不同伏安特性-qVn+qVnqVDpEF+qVBEF负反向势垒P-N异质结——低势垒尖峰异质结，是势垒尖峰顶低于P区导带底的异质结。N区扩散向结处的电子流通过发射机制越过尖峰势垒进入P区，此类异质结的电子流主要由扩散机制决定。正反向势垒PN异质结——高势垒尖峰异质结，是势垒尖峰顶高于P区导带底的异质结。N区扩散向结处的电子中高于势垒尖峰的部分电子通过发射机制进入P区，此类异质结电流主要由电子发射机制决定。从N型区导带底到P型区导带底的势垒高度是P型半导体中的少数载流子浓度

7、n10与N型半导体中的多子浓度n20的关系是n1（-x1）与n20的关系为在稳定情况下，P型区半导体中注入的少子的运动连续性方程是其通解是应用边界条件从而求得电子的扩散电流密度外加电压V时，通过异质PN结的总电流密度是能带图的不连续有助于从较大的禁带材料注入多数载流子而不论其掺杂密度如何。这也是异质结双极晶体管的基础。如果n20和p10在同一个数量级上，则可得5.2高电子迁移率晶体管(HEMT)ModulationDopedFieldEffectTransistor,MODFETTwoDimensionalElectronGasFieldEffec

8、tTransistor,2DEGFETHighElectronMolibityTransistor,HEMT1、在GaAs