半导体器件原理ppt课件.ppt

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1、2021/7/291SemiconductorDevices第四章：单极型器件§4.1金属半导体接触§4.2肖特基势垒二极管SBD§4.3欧姆接触§4.4结型场效应晶体管JFET§4.5肖特基栅场效应晶体管MESFET§4.6异质结MESFET2021/7/292SemiconductorDevices简介单极型器件是指基本上只有一种类型的载流子参与导电过程的半导体器件。主要讨论以下五种类型的单极型器件：金属半导体接触(M/SSBD)；结型场效应晶体管（JFET）；金半(肖特基栅)场效应晶体管（MESFET）；金属氧化物半导体二极管(MOSDiode)；金属氧化物半导体场效应

2、晶体管（MOSFET）2021/7/293SemiconductorDevices§4.1金属半导体接触第一个实用的半导体器件是由金属半导体点接触形成的整流器，是一根金属触须压在半导体表面上构成的，这种半导体器件从1904年开始已经得到很多应用，目前使用平面工艺制作面接触。金属半导体接触的类型：具有整流作用的肖特基结和非整流作用的欧姆结。1938年，肖特基提出，半导体内稳定的空间电荷形成的势垒可能有整流作用。由此产生的势垒模型就是所谓肖特基势垒。金属半导体形成的具有整流效应的结称为肖特基结。金属半导体接触也可能是非整流性的,即不管所加电压极性如何，接触电阻均可忽略，这种金属半

3、导体接触称为欧姆接触。为实现电子系统中的相互连接，所有半导体器件和集成电路都必须有欧姆接触。4SemiconductorDevicesM/S接触的形成M/S结构通常是通过在干净的半导体表面淀积金属而形成。利用金属硅化物（Silicide）技术可以优化和减小接触电阻，有助于形成低电阻欧姆接触。2021/7/292021/7/295SemiconductorDevices1、能带关系金属和半导体接触时，由于金属的功函数一般和半导体的功函数不同，而存在接触电势差，结果在接触界面附近形成势垒，通常称为肖特基势垒。功函数是费米能级和真空能级的能量差（即对于金属为qфm，对于半导体为qф

4、s）。半导体导带底和真空能级能量差称为电子亲和能q。金属半导体的接触势垒是指电子从金属进入半导体必须克服的势垒的高度。6SemiconductorDevices★金属和半导体的功函数功函数:W=EVAC-EF,(EVAC--真空中静止电子的能量,亦记作E0)功函数给出了固体中EF处的电子逃逸到真空所需的最小能量.2021/7/297SemiconductorDevices金属功函数Z2021/7/298SemiconductorDevices关于功函数的几点说明:①对金属而言,功函数Wm可看作是固定的.功函数Wm标志了电子在金属中被束缚的程度.对半导体而言,功函数与掺杂有关

5、②功函数与表面有关.③功函数是一个统计物理量2021/7/299SemiconductorDevices对半导体,电子亲和能χ是固定的,功函数与掺杂有关半导体功函数与杂质浓度的关系♦n型半导体:WS=χ+(EC-EF)♦p型半导体:WS=χ+[Eg-(EF-EV)]2021/7/2910SemiconductorDevices热平衡情形下M/S接触的能带图假设金属与半导体功函数差为：Wms，且一般情况下不为0。当金属和半导体形成接触时，如果二者的功函数不同（费米能级不等），则会发生载流子浓度和电势的再分布，形成肖特基势垒。通常会出现电子从功函数小（费米能级高）的材料流向功函数

6、大的材料，直到两材料体内各点的费米能级相同（即Ef＝常数）为止。半导体体内载流子的再分布会形成载流子耗尽或积累，并在耗尽区或积累区发生能带弯曲，而在金属体内的载流子浓度和能带基本没有变化。2021/7/2911SemiconductorDevices★金属和半导体接触电势差一种典型情况:讨论M/n型半导体①接触电势差--为了补偿两者功函数之差,金属与半导体之间产生电势差:Vms=(Ws–Wm)/e♦当Wm>Ws,Vms<0(金属一边低电势)（阻挡层）♦通常可认为接触电势差全部降落于空间电荷区.2021/7/2912SemiconductorDevices2021/7/291

7、3SemiconductorDevices②半导体一边的势垒高度:VD=∣Vms∣③表面势—半导体表面相对于体内的电势Vs=Vms④金属一边的势垒高度(肖特基势垒--SB):eΦSB=eΦns=Wm–χ♦常常选择ΦSB为描述金属/半导体接触势垒的基本物理量(ΦSB几乎与外加电压无关)2021/7/2914SemiconductorDevices能带电荷分布电场分布2021/7/2915SemiconductorDevicesM/S接触的电势分布和Poisson方程2021/7/2916Semicondu