第五章半导体PN结 前几章我们讨论了半导体及其载流子遵循的基本物理规律,如半导体材料 结构和基本性质、半导体的能带结构和载流子、载流子的分布规律、载流 子的输运或运动规律。后面几章将讨论在半导体的基本器件结构中,载流 子的输运和运动规律 据统计:半导体器件主要有67种,还有110个相关的变种 >所有这些器件都是由少数的基本模块构成 结 Source Gate Drain 金属一半导体接触 P(N) MOS结构 ource Gate Drain 异质结 超晶格 N(P-) \N+(P+) 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 ¾据统计：半导体器件主要有67种，还有110个相关的变种 ¾所有这些器件都是由少数的基本模块构成： 第五章 半导体PN结 前几章我们讨论了半导体及其载流子遵循的基本物理规律，如半导体材料 结构和基本性质、半导体的能带结构和载流子、载流子的分布规律、载流 子的输运或运动规律。后面几章将讨论在半导体的基本器件结构中，载流 子的输运和运动规律。 N+（P+） N+（P+） P-（N-） Source Gate Drain N+ (P+) N+ (P+) Source Gate Drain N－ (P－) •pn结 •金属－半导体接触 • MOS结构 • 异质结 • 超晶格
§5.1平衡PN结 PN结的形成和平衡能带图及自建势 空间电荷区和耗尽近似 泊松方程和电势、电场分布 §5.2偏置PN结及其Ⅳ特性 偏置PN结能带图和准费米能级 偏置PN结的载流子分布和电流输运 偏置PN结的瞬态特性 §5.3PN结电容 耗尽电容 扩散电容 §5.4PN结的击穿 雪崩击穿 齐纳击穿 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 § 5.1 平衡PN 结 PN结的形成和平衡能带图及自建势 空间电荷区和耗尽近似 泊松方程和电势、电场分布 § 5.2 偏置PN结及其IV特性 偏置PN结能带图和准费米能级 偏置PN结的载流子分布和电流输运 偏置PN结的瞬态特性 § 5.3 PN结电容 耗尽电容 扩散电容 § 5.4 PN结的击穿 雪崩击穿 齐纳击穿
§5.1平衡PN结 所谓N结是P和N型半导体接触形成的基本结构 511PN结的形成 I. Fabrication by Diffusion 实际的PN结是利用掺杂的补偿效应 PREDEP compensated)形成的 扩散 2.注入 N(x, t=N erfc P-NJunction Formation IMPLANT Q 2r△R DRIVE- ++ Nx1=不页 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 5.1.1 PN结的形成 § 5.1 平衡PN结 1. 扩散 2. 注入 实际的PN结是利用掺杂的补偿效应 (Compensated) 形成的 所谓PN结是P和N型半导体接触形成的基本结构
§5.1平衡PN结 5.1.1PN结的形成 两种理想的PN结构 突变结 线性缓变结 N(x) N(x) Nd(x) Na(x) X 突变结 线性缓变结 适里禱洗 法结扩散和外延 适用于深结扩散(Xj>3um) 祝(xj<1um) 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 5.1.1 PN结的形成 § 5.1 平衡PN结 突变结 线性缓变结 两种理想的PN结构
512ⅨN结的平衡能带图 注意:1不变量;2变化量;3真空能级和导带连续 能带图中 4费米能级与导带及载流子浓度的关系。 的各参量 E x电子亲和势 electron affinity),是材料参数 qx q吹|qn 小:半导体功函数 E (workfunction) Efp 与材料和掺杂有关 P·type N·type 北京大学微电子学研究所
北京大学 北京大学 微电子学研究所 微电子学研究所 注意：1 不变量；2 变化量；3 真空能级和导带连续； 4 费米能级与导带及载流子浓度的关系。 5.1.2 PN结的平衡能带图 χ: 电子亲和势(electron affinity)，是材料参数 φs: 半导体功函数 (workfunction) φsn、φsp 与材料和掺杂有关 能带图中 的各参量