《固体物理-4固体电性质-10》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固体物理-4固体电性质-10（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 3.1 外场中电子运动状态的变化 3.2 费米统计分布 3.3 金属中电子输运过程 3.4 半导体中载流子的输运过程 3.5 霍尔效应 3.6 固体间接触的电特性 第三章 固体的电特性 - 功函数与接触电势 - PN结 - 金属半导体结 - 金属-绝缘体-半导体系统 韦丹书P185 1 肖特基结 1938年，德国物理学家肖特基（Walter Schottly）发展 了一套理论，以解释金属-半导体结 肖特基二极管最早的半导体器件 金属须和裸露的半导体表面轻触而成 不容易形成，且可靠性差 2 讨论金属讨论金属-半导体接触（欧姆接触）的基础半导体接触（欧姆接触）的基础 肖特基结 1938年，德国物
2、理学家肖特基（Walter Schottly）发展 了一套理论，以解释金属-半导体结 肖特基二极管最早的半导体器件 金属须和裸露的半导体表面轻触而成 不容易形成，且可靠性差 金属-半导体结在IC电路的实际制作过程中非常重要， 因为其中有成百万、上亿个导线和有源器件的接触点 -肖特基势垒（Schottky barrier）（与PN结相似） - 欧姆接触 （Ohmic contact） （与电阻相似） - MOS接触 （metal-oxide-semiconductor） 3 肖特基势垒-肖特基结 典型功函数(eV)： 金属：Al 4.28, Au 5.1, Pt 5.65 半导体：Si 4.01
3、, Ge 4.13, GaAs 4.07 金属-n型半导体 接触前： 一般金属的功函数m 大于半导体的功函数s 4 接触后： 热平衡下，电子流向能量更低的金属，带正电荷的施主离子 留下，形成一个空间电荷区（耗尽区） 肖特基势垒-肖特基结 金属-n型半导体 空间电荷区（耗尽区） + + + + 金属-(p)-n型半导体 5 半导体与金属接触后的能带 肖特基势垒肖特基势垒 X mB 0 阻止金属电子向半导体运动 内建电势差 nBbi V 0 半导体一侧 阻止导带电子向金属运动 金属-n型半导体 + + + + 金属-(p)-n型半导体 6 偏压的影响 半导体到金属的势垒高度 增加，B0不变，电子可
4、以 从金属流向半导体 + - 金属-n型半导体 + + + + + + + 金属-(p)-n型半导体 7 偏压的影响 半导体到金属的势垒高度 减小，B0不变，电子很容 易从半导体流向金属 + - 金属-n型半导体 金属-p型半导体请参考韦丹书 P185 + + + + + + + + 金属-(p)-n型半导体 80230814 清华大学电子工程系/熊兵 8 PN结二极管与肖特基结二极管比较 正向电流 公式相似 pn结二极管 肖特基二极管 区别JSTJS 开启电压 10A/cm2电流下的电压 肖特基结开启电压低 ) 1( / TkeV ST Ba eJJ ) 1( / TkeV S Ba eJJ
5、 9 金属与半导体的欧姆接触 金属与半导体接触，但不形成肖特基结金属与半导体接触，但不形成肖特基结 接触电阻很低，双向都形成电流接触接触电阻很低，双向都形成电流接触 理想情况下，电流与电压成正比，电压很低理想情况下，电流与电压成正比，电压很低 欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小 于半导体本身的电阻，不产生明显的附加阻抗，而且不会使半 导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变 10 金属-n型半导体欧姆接触 为了达到热平衡，电子从金属流向半导体，半导体为了达到热平衡，电子从金属流向半导体，半导体 更加趋向更加趋向n型型 在界面有电子电荷聚集在界面有电子电荷聚集 接触前 接触后
6、m s 接触后 金属-p型半导体欧姆接触 13 金属与半导体的欧姆接触 欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小 于半导体本身的电阻，不产生明显的附加阻抗，而且不会使半 导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变 肖特基接触 欧姆接触 3.1 外场中电子运动状态的变化 3.2 费米统计分布 3.3 金属中电子输运过程 3.4 半导体中载流子的输运过程 3.5 霍尔效应 3.6 固体间接触的电特性 第三章 固体的电特性 - 功函数与接触电势 - PN结 - 金属半导体结 - 金属-绝缘体-半导体系统 黄昆书P357 韦丹书P186 15 金属-绝缘体-半导体系统 MIS： Metal-
7、Insulator-Semiconductor MOS：Metal-Oxide-Semiconductor 硅硅-SiO2-铝（铜）铝（铜） 更常用的情况下由具有高导电率的多晶硅作为导电层更常用的情况下由具有高导电率的多晶硅作为导电层 仍沿用仍沿用MOS一词一词 核心：半导体表面的“反型”转变核心：半导体表面的“反型”转变 栅极 16 MOS结构中的空间电荷区 以以P型半导体衬底为例型半导体衬底为例 栅极加以负电压，将吸收空穴到半导体表面，栅极加以负电压，将吸收空穴到半导体表面， 使表面形成带正电荷的空穴积累层，使表面形成带正电荷的空穴积累层， Accumulation(积累积累)层层 17
8、MOS结构中的空间电荷区 当栅压为正，即有从P型半导体表面排斥多数载流子空穴的作 用又有吸引少数载流子电子到半导体表面的作用。 当正栅压较小时，主要是P型半导体表面的空穴被赶走，形成带负 电荷的耗尽层。空间电荷区可屏蔽栅压引起的电场。 空间电荷区 空间电荷区中存在的电场引起电势的变化，使能带弯曲 向下，形成空穴势垒。 18 MOS结构中的空间电荷区 当栅压为正，即有从P型半导体表面排斥多数载流子空穴的作 用又有吸引少数载流子电子到半导体表面的作用。 当正栅压较小时，主要是P型半导体表面的空穴被赶走，形成带负 电荷的耗尽层。空间电荷区可屏蔽栅压引起的电场。 空间电荷区 空间电荷区中存在的电场引起
9、电势的变化，使能带弯曲 向下，形成空穴势垒。 半导体表面相对于体内的电势差称为表面势 19 MOS结构中的空间电荷区 当正栅压较大时，表面势增强足够大时，表面处的费米 能级有可能进入带隙上半部，这时在表面的电子浓度将 超过空穴浓度，从而形成电子导电层 其载流子是和体内导电型号相反的，称其为反型层 20 MOS结构中的空间电荷区 反型层中的电子实际上被限在表面附近能量最低的一个狭窄 区域，因此反型层有时也称为沟道。 P型半导体的表面反型层是由电子构成的， 所以也称为N沟道 21 源区和漏区之间相当于两个背靠背的pn结， 即便加电压，只有反向饱和电流 源区(S) 漏区(D) 栅极加以正偏压，超过阈
10、值形成反型层， 作为n沟道，再在栅极和漏极间加以电压， 则有较明显的电流产生 即通过控制栅极电压， 可控制源、漏之间的通断 N型MOS场效应管的基础原理 22 N型MOS场效应管的基础原理 源区和漏区之间相当于两个背靠背的pn结， 即便加电压，也只有反向饱和电流 源区(S) 漏区(D) MOS场效应管是单极型器件，沟道中 参加导电的主要是多数载流子，相比 之下易于控制，热稳定性好，抗辐射 能力强 NMOS PMOS CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor CMOS集成电路用P沟道MOS管作为负载器件，N沟道MOS管作 为驱动器件，因此在同个衬底上同时制作P沟道MOS晶体管和 N沟道MOS晶体管。在制作中，必须将一种MOS晶体管制作在 衬底上，而将另一种MOS晶体管制作在比衬底浓度高的阱中。 CMOS集成电路工艺根据阱的导电类型可以分为P阱工艺、N阱 工艺和双阱工艺。 CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
