半导体物理与器件第九章ppt课件.ppt
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1、半导体物理与器件半导体物理与器件陈延湖陈延湖n金属半导体结的整流接触特性,即肖特金属半导体结的整流接触特性,即肖特基势垒基势垒PN结的理想电压电流特性结的理想电压电流特性n金属半导体结的欧姆接触概念及特性金属半导体结的欧姆接触概念及特性n异质结典型能带结构及性能特点异质结典型能带结构及性能特点本章重点问题:本章重点问题:第九章第九章 金属半导体和半导体异质结金属半导体和半导体异质结n当金属作为引线电极将器件的电流或电压接入电当金属作为引线电极将器件的电流或电压接入电路时,金半接触需要实现欧姆接触而不是整流接路时,金半接触需要实现欧姆接触而不是整流接触。触。n良好的欧姆接触是器件制造的重点和难点
2、,也是良好的欧姆接触是器件制造的重点和难点,也是器件所必备的。特别对于高频和大功率器件。器件所必备的。特别对于高频和大功率器件。9.2 金属半导体的欧姆接触金属半导体的欧姆接触n对于高频晶体管器件其性能品质因子为特征频率对于高频晶体管器件其性能品质因子为特征频率fT和最高震荡频率和最高震荡频率fmaxjcCEnBBjcjeCCRRvXDvXCCqIkTfsatdep2T221jcbCRff8Tmax良好的欧姆接触保证较小的电极电阻良好的欧姆接触保证较小的电极电阻Rb、Rc、Re,从而获得较大的从而获得较大的ft、fmaxn欧姆接触:欧姆接触:n它不产生明显的附加阻抗,而且不会使半导体内部的它不
3、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。平衡载流子浓度发生显著的改变。n理想欧姆接触的接触电阻很小,欧姆接触上的电压降理想欧姆接触的接触电阻很小,欧姆接触上的电压降应该远小于样品和器件本身的压降;应该远小于样品和器件本身的压降;VIVI欧姆接触:线性欧姆接触:线性IVIV曲线;零偏接触电阻曲线;零偏接触电阻dIdVRC较小较小n如何实现欧姆接触:如何实现欧姆接触:n选择合适的金属使半导体形成选择合适的金属使半导体形成反阻挡层反阻挡层,反阻挡层反阻挡层没没有整流作用。有整流作用。9.2.1 理想非整流接触势垒理想非整流接触势垒金属与金属与n型半导体接触:当型半导体
4、接触:当 m s时,在半导体表面形成反阻挡层时,在半导体表面形成反阻挡层接触前接触前接触后接触后正偏正偏反反偏偏n正偏:正偏: 电子从半导体流向金属电子从半导体流向金属没有遇到势垒,就会有很大的没有遇到势垒,就会有很大的正向电流正向电流n反偏:电子从金属流向半导体反偏:电子从金属流向半导体会遇到小的势垒,很容易穿过会遇到小的势垒,很容易穿过势垒形成很大的反向电流势垒形成很大的反向电流n因而因而 M s时,金属与时,金属与P型半导体也可以形成欧型半导体也可以形成欧姆接触(参见图姆接触(参见图9.13)n由于半导体表面态的存在,假定半导体能带隙的上半部分由于半导体表面态的存在,假定半导体能带隙的上
5、半部分存在受主表面态,那么所有受主态都位于存在受主表面态,那么所有受主态都位于EF之下,如图之下,如图9.11b.这些表面态带负电荷,将使能带图发生变化。这些表面态带负电荷,将使能带图发生变化。n同样地假定半导体能带隙的下半部分存在施主表面态,如同样地假定半导体能带隙的下半部分存在施主表面态,如图图9.13b,所有施主态都位于,所有施主态都位于EF之上,这些表面态带正电之上,这些表面态带正电荷,将使能带图发生变化。因此表面态的作用可能使反阻荷,将使能带图发生变化。因此表面态的作用可能使反阻挡层变为阻挡层,因而导致无法形成良好的欧姆接触挡层变为阻挡层,因而导致无法形成良好的欧姆接触n如何实现欧姆
6、接触:如何实现欧姆接触:n由于重要半导体材料具有高表面态,往往难以利用选由于重要半导体材料具有高表面态,往往难以利用选择金属材料的方法实现欧姆接触。在生产实际中常采择金属材料的方法实现欧姆接触。在生产实际中常采用用隧道效应在半导体上制造欧姆接触。隧道效应在半导体上制造欧姆接触。9.2.2 隧道效应隧道效应n金属半导体接触的空间电荷层宽度与半导体掺杂金属半导体接触的空间电荷层宽度与半导体掺杂浓度的平方根成反比,随着掺杂浓度的增加,遂浓度的平方根成反比,随着掺杂浓度的增加,遂穿效应增强穿效应增强212dbisneNVx金属与重掺杂半导体结的能带图金属与重掺杂半导体结的能带图n用比接触电阻用比接触电
7、阻Rc表征欧姆接触的好坏:电流表征欧姆接触的好坏:电流密度对电压求导的倒数,单位为密度对电压求导的倒数,单位为.cm.cm2 210()cVJRV 对高掺杂半导体,隧道电流起主要作用,对高掺杂半导体,隧道电流起主要作用,RC强烈依赖于半导强烈依赖于半导体掺杂浓度体掺杂浓度 *2exp()snBncdmRNn辅助措施:辅助措施:n金属与半导体材料合金化,形成稳定的合金物金属与半导体材料合金化,形成稳定的合金物质:如对硅材料,形成硅化物,即质:如对硅材料,形成硅化物,即siliciden针对难以重掺杂的宽禁带化合物,采用与窄带针对难以重掺杂的宽禁带化合物,采用与窄带隙半导体构成缓变异质结来过渡、并
8、加上高掺隙半导体构成缓变异质结来过渡、并加上高掺杂技术,即在宽带隙半导体表面上加一层高掺杂技术,即在宽带隙半导体表面上加一层高掺杂(型号相同)的窄带隙半导体、构成一个异杂(型号相同)的窄带隙半导体、构成一个异质结来实现欧姆接触。质结来实现欧姆接触。n器件中欧姆接触范例:器件中欧姆接触范例:发射极(宽禁带发射极(宽禁带AlGaAs)AlGaAs):生长可高掺杂的窄禁生长可高掺杂的窄禁带带GaAsGaAs层,实现欧姆层,实现欧姆接触接触1e191e161e181e19集电极:集电极:生长子集电生长子集电极极GaAsGaAs层,层,重掺重掺1e181e18,实现欧姆接实现欧姆接触触基极(窄禁带基极(
9、窄禁带GaAs)GaAs):GaAsGaAs层重掺杂层重掺杂1e191e19,实现,实现欧姆接触欧姆接触n对对HBT器件合金前后器件特性对比器件合金前后器件特性对比:012345-0.0050.0000.0050.0100.0150.0200.0250.0300.0350.040 ICVCE after annoy before annoy通过合金,通过合金,HBTHBT器件的集电极金半接触电阻变小,器件的集电极金半接触电阻变小,HBTHBT器件的饱和电压减小。器件的饱和电压减小。9.3 异质结异质结n异质结定义:异质结定义:由两种不同的半导体材料形成的结由两种不同的半导体材料形成的结称为异质
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