中国科学技术大学：《半导体器件原理》课程教学资源（课件讲稿）第五章 MOS器件

中国科学枝术大学物理系微电子专业 7、表面强反型条件 反型使得能带向下弯曲，当半导体表面处的本征费 米能级E,不是比费米能级E低很多时，反型层中的 电子仍然相当少，基本上和本征载流子浓度n,同数 量级。这种情况称为“弱反型”。为在表面形成实 用的N型沟道，就必须规定一个实用的反型标准 一 般人们常用的最好标准就是“强反型”条件（或 称“强反型”近似) 强反型近似认为：当外加栅电压增加到某一值 (Vc>0)时，能带向下弯曲到使表面处的E在E 下方的高度正好等于半导体内部E,在E上方的高度。 也就是说表面处N型层的电子浓度正好等于P型衬 底的空穴浓度。这就是“强反型”条件 Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 21

中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 21 7、表面强反型条件 • 反型使得能带向下弯曲，当半导体表面处的本征费 米能级Ei不是比费米能级EF低很多时，反型层中的 电子仍然相当少，基本上和本征载流子浓度ni同数 量级。这种情况称为“弱反型”。为在表面形成实 用的N型沟道，就必须规定一个实用的反型标准。 • 一般人们常用的最好标准就是“强反型”条件（或 称“强反型”近似）。 • 强反型近似认为：当外加栅电压增加到某一值 （VG0）时，能带向下弯曲到使表面处的Ei在EF 下方的高度正好等于半导体内部Ei在EF上方的高度。 也就是说表面处N型层的电子浓度正好等于P型衬 底的空穴浓度。这就是“强反型”条件。 Principle of Semiconductor Devices

中国科学技术大学物理系微电子专业 Y和距离×的关系可由一维泊松方程得到。 d2Ψ-P,(x) 当尘导体被耗尽，由积分泊松方程得表面耗尽区中的静电势分布： 表面势Y,为 Y、= 2qN W2 28s Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 22

中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 22  和距离x的关系可由一维泊松方程得到。 s s x dx d   ( ) 2 2    当半导体被耗尽，由积分泊松方程得表面耗尽区中的静电势分布： 2 1           W x s 表面势 s 为: S A s qN W 2 2 2   Principle of Semiconductor Devices

中国科学技术大学物理系微电子考业 强反型出现的判断标准是： 2kT Y,(iw)=24g= ln n 表面耗尽层最大宽度为： 26,29 n, 同时， Qe=-V2qE,N4(2pg） Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 23

中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 23 强反型出现的判断标准是:            i A s B n N q kT inv ln 2 ( ) 2 表面耗尽层最大宽度为： A i A s A s B m qN n N kT qN W           ln 2 2 (2 )    同时， 2 (2 ) Qsc q s NA B    Principle of Semiconductor Devices

中国科学技术大学物理系微电子考业 能带图 998 E (p-type substrate) Er Neutrals region Ev Depletion region x, Inversion region P,(x) 反型时电荷分布 W omd Q -qNA Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 24

中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 24 Qm Depletion region x w -d -Qn -qNA (x)  s EF EC Ei qV0 V  0 qB qs j x EF Inversion region Ev QS Neutrals region 能带图 (p-type substrate) 反型时电荷分布 Principle of Semiconductor Devices

中国科学技术大学物理系微电子专业 10 ()ap up GaAs 0.1 0.0 1014 1015 1016 1017 1018 Impurity concentration Na(cm-3) Si和GaAs最大耗尽区宽度Wm与掺杂浓度Ne的关系 Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 25

中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 25 Si和GaAs最大耗尽区宽度 Wm 与掺杂浓度NB的关系 Principle of Semiconductor Devices