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1、第三章 单极型半导体器件晶体管 双极型晶体管（结型晶体管）：有两种载流子（电子、空穴）参与工作。单极型晶体管（场效应晶体管）：只有一种极性载流子参加工作，而且是多子。单极型晶体管 结型场效应晶体管（JFET）：体内场效应晶体管。金属 - 半导体场效应晶体管（肖特基场效应晶体管）（ MESFET）：体内场效应晶体管。绝缘栅场效应晶体管（金属-绝缘体-半导体场效应晶体管）（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）（IGFET：MISFET，MOSFET）：表面场效应晶体管。基本结构 金属 - 半导体结构（M-S 结构）。金属 氧化物 半导体结构（MOS 结构）。3.1 金属 半导体接触3.1.1 金属
2、半导体结构一、 热平衡时的能带结构 1. 几个物理量电子的真空能级 ：半导体内部电子处于势阱中运动，电子从其中逸出体外刚好处于静止时的能量。功函数 ：一个起始能量等于 的电子逸出材料体内进入真空中所需的最小能量， 是以电势表示的功函数。其中 金属功函数 为： （3- 1）半导体功函数 为： （3- 2）因此， 与掺杂情况有关。电子亲和能 ：半导体导带底电子逸出到真空中所需的最小能量。（3- 3）式中 称为电子亲和势，与掺杂无关，仅由材料决定。空间电荷区扩散运动空间电荷区内建电场漂移运动热平衡 M-S 结（仅由半导体表面层杂质提供，如 情况 ）（ 和 都一定，没有净电流）2. 热平衡下的能带结构
3、能带结构（Al - n-Si）能带弯曲，形成势垒。半导体势垒 ：金属势垒 （肖特基势垒高度）（3- 4）（3- 5） 注意 能带弯曲判断方法：越大处电势越高，但该处电子能量越低。势垒 阻挡层（肖特基势垒）：对多子其阻挡作用（电阻高）。反阻挡层（肖特基势阱）：对多子起“反”阻挡作用（电阻低）。由式（2- 32）得出，肖特基势垒宽度 为：（3- 6） 例题 7 画出金属（功函数 ）- 半导体（功函数 ）结（包括 n、p 型）四种平衡状态的能带图。 分析 二、 非平衡时的能带结构判断 MS 结正反偏置依据分析 和 方向是否 能带结构 平衡非平衡相反：正向偏置相同：反向偏置势 垒电阻高电阻低动力：外加
4、电源提供净电流流动2. 电容效应类似于 结，外偏压下半导体耗尽层宽度 W 将改变，空间电荷也将改变，故存在势垒电容。由式（2- 36）（2- 37）易证明， MS 结单位面积势垒电容 可写成：（3 -7）这里： （3 -8）因此，通过实验测量的 曲线，依据式（2- 39）（2- 40）便可求出半导体势垒高度 及其体内的杂质浓度分布。 例题8 金属 a，b分别与等面积的两种 （且迁移率相同）A 和 B 形成肖特基整流接触，这两个 MS 结的实验曲线如下图，判断哪种半导体硅的电阻率较大？哪种金属的功函数较高？ 解 对 MS 结，因 成立，对右图有故 ，又电阻率 故 。由于两个 MS 结都形成整流接
5、触，由能带图易知有：式中： （室温下 ）由于： ，故因此： 3.1.2 伏安特性及肖特基二极管1. 定性分析（1）正偏 势垒高度 随 改变 多子电流(正向电流)随 增加而增大不随 改变，且 反向电流极小（2）反偏下势垒高度 升高 多子电流很小不随 改变，且 反向电流极小（ 本身很高）一、 整流接触情况下的伏安特性2. MS结整流方程理论结果如下：式中 为饱和电流，其表达式与计算时采用的模型有关 。二、肖特基二级管 肖特基二级管利用金属 - 半导体基流接触特性制成的二极管称肖 特基二极管。肖特基二极管方程经验结果如下： （3- 9） 其中，反向饱和电流 与电压无关， ， 称为二极管发射系数。对
6、Si而言，导通电压 通常仅有 0.3 V 左右。 注意 肖特基二极管正向电流由半导体多子进入金属形 成，因而不发生积累，便直接成为漂移电流流走，故比 pn 结二极管具有更好的高频特性。3.1.3 非整流接触：隧道欧姆接触非整流接触（欧姆接触）特点接触电阻很小，具有线性和对称的伏安特性。隧道欧姆接触半导体重掺杂下的 M-S 接触称为隧道欧姆接触。因这时半导体势垒宽度很小，易发生隧道效应，隧道电流成为二极管电流主要部分。这种电流具有近似线性和对称的伏安关系，故接触电阻很小。MS 结整流接触：接触本身产生明显阻抗，具有阻挡特性。例如当 ， 时形成的肖特基势垒。非整流接触（欧姆接触）：接触本身不产生明显阻抗，具有非阻挡（欧姆）特性。（1）隧道欧姆接触：接触区中的半导体重掺杂，直至简倂。（2）肖特基欧姆接触：在接触区中形成多子积累的反阻挡层（肖特基势垒）。例如当时形成的肖特基势阱。 注意 由于表面态原因，这种接触在工艺上无法做到。
