第九章-金属半导体和半导体异质结ppt课件.ppt

《第九章-金属半导体和半导体异质结ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第九章-金属半导体和半导体异质结ppt课件.ppt（62页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识第九章第九章 金属半导体和金属半导体和 半导体异质结半导体异质结中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识第九章第九章 金属半导体和半导体异质结金属半导体和半导体异质结9.1 肖特基势垒二极管肖特基势垒二极管9.2 金属半导体的欧姆接触金属半导体的欧姆接触9.3 异质结异质结中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识9.1

2、 肖特基势垒二极管肖特基势垒二极管肖特基势垒二极管示意图肖特基势垒二极管示意图中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识9.1.1 性质上的特征性质上的特征金属N型半导体金属和n型半导体接触前的平衡态能带图中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识基本概念基本概念真空能级真空能级E0:电子完全脱离材料本身的束缚所需的最小能量电子完全脱离材料本身的束缚所需的最小能量功函数：从费米能级到真空能级的能量差功函数：从费米能级到真空能级的能量差电子亲

3、和势：真空能级到价带底的能量差电子亲和势：真空能级到价带底的能量差金属的功函数金属的功函数半导体的亲和势半导体的亲和势半导体的功函数半导体的功函数中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识画能带图的步骤：画能带图的步骤：1.画出包括表面在内的各部分的能带图画出包括表面在内的各部分的能带图2.使图沿垂直方向与公共的使图沿垂直方向与公共的E0参考线对齐，并通过参考线对齐，并通过 公共界面把图连起来公共界面把图连起来3.不改变半导体界面能带的位置，向上或向下移动不改变半导体界面能带的位置，向上或向下移动 半导体体内部分的能

4、带，直到半导体体内部分的能带，直到EF在各处的值相等在各处的值相等4.恰当地把界面处的恰当地把界面处的Ec,Ei,Ev和体内和体内Ec,Ev,Ei连接连接起来起来5.去除不重要的去除不重要的中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识Figure 9.1Figure 9.1 m s 两个方向都存在两个方向都存在电子流动的势垒电子流动的势垒中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识 B0=m-金属中的电子向半导体中运动存在势垒金属中的电子向半导

5、体中运动存在势垒 B0叫做叫做肖特基势垒肖特基势垒。半导体导带中的电子向金属中移动存在势半导体导带中的电子向金属中移动存在势垒垒Vbi，Vbi就是半导体内的内建电势就是半导体内的内建电势中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识外加电压后，金属和半导体的费米能级不再相同，外加电压后，金属和半导体的费米能级不再相同，二者之差等于外加电压引起的电势能之差。二者之差等于外加电压引起的电势能之差。金属一边的势垒不随外加电压而变，即：金属一边的势垒不随外加电压而变，即：B0不变。不变。半导体一边，加正偏，势垒降低为半导体一边，

6、加正偏，势垒降低为Vbi-Va反偏势垒变高为：反偏势垒变高为：Vbi+VR中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识正偏正偏反偏反偏中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识肖特基二极管：正偏金属的电势高于半导体肖特基二极管：正偏金属的电势高于半导体中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识 M s，整流接触，整流接触正偏，半导体势垒高度变低，电子从正偏，半导体势

7、垒高度变低，电子从S注入注入M，形成净电流，形成净电流I，I随随VA的增加而增加。的增加而增加。反偏：势垒升高，阻止电子从反偏：势垒升高，阻止电子从S向金属流动，向金属流动，金属中的一些电子能越过势垒向半导体中运动，金属中的一些电子能越过势垒向半导体中运动，但这一反向电流很小。但这一反向电流很小。结论：结论：M s时，理想的时，理想的MS接触类似于接触类似于pn结二极管、结二极管、具有整流特性具有整流特性中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识整流接触整流接触欧姆接触欧姆接触金金金金属属属属和和和和p p型型型型半

8、半半半导导导导体体体体接接接接触触触触的的的的平平平平衡衡衡衡态态态态能能能能带带带带图图图图7.1 金属和半导体接触及其能带图金属和半导体接触及其能带图中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识7.1 金属和半导体接触及其能带图金属和半导体接触及其能带图金属一边的势垒高度：金属一边的势垒高度：中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识7.1 金属和半导体接触及其能带图金属和半导体接触及其能带图结论结论n形半导体形半导体p形半导体形半导体W

9、mWs整流接触整流接触欧姆接触欧姆接触WmJS,中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识Figure 9.10Figure 9.10中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识 2.两种二极管正偏时的特性也不同，肖特基二极管的开两种二极管正偏时的特性也不同，肖特基二极管的开启电压低于启电压低于pn结二极管的有效开启有效开启

10、电压。结二极管的有效开启有效开启电压。3.二者的频率响应特性，即开关特性不同。二者的频率响应特性，即开关特性不同。pn结从正偏转向反偏时，由于正偏时积累的少数载流结从正偏转向反偏时，由于正偏时积累的少数载流子不能立即消除，开关速度受到电荷存储效应的限制；子不能立即消除，开关速度受到电荷存储效应的限制；肖特基势垒二极管，由于没有少数载流子存储，可以用肖特基势垒二极管，由于没有少数载流子存储，可以用于快速开关器件，开关时间在皮秒数量级，其开关速度于快速开关器件，开关时间在皮秒数量级，其开关速度受限于结电容和串联电阻相联系的受限于结电容和串联电阻相联系的RC延迟时间常数。延迟时间常数。工作频率可高达

11、工作频率可高达100GHz.而而pn结的开关时间纳秒数结的开关时间纳秒数量级量级中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识MS可以用来加快可以用来加快BJT的瞬态关断的瞬态关断过程。称为肖特基二极管的钳制。过程。称为肖特基二极管的钳制。它的作用是，当它的作用是，当BJT在开启状态进在开启状态进入饱和模式时，入饱和模式时，MS二极管导通并二极管导通并把把CB结钳制到相对低的正偏压下，结钳制到相对低的正偏压下，这种方法利用了这种方法利用了MS能比能比pn结的导结的导通电压低这一特点。这样通电压低这一特点。这样CB结可结可

12、以维持在一个相对较低的电压上，以维持在一个相对较低的电压上，在在BJT中可以有最少的电荷储存。中可以有最少的电荷储存。所以关断的时间显著减少。所以关断的时间显著减少。肖特基二极管钳制肖特基二极管钳制npnBJT的电路图的电路图中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识9.2 金属半导体的欧姆接触金属半导体的欧姆接触金属与金属与n型半导体接触：型半导体接触：m s电子从电子从S流向流向M没有势垒，反之，仅有一小的势垒没有势垒，反之，仅有一小的势垒中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一

13、步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识 M0,就会有很大的正向电流就会有很大的正向电流 反偏：电子从金属流向半导体会遇到小的势垒，反偏反偏：电子从金属流向半导体会遇到小的势垒，反偏 电压电压VR大于零点几伏，势垒就会变为大于零点几伏，势垒就会变为0，在相对，在相对 较小的反偏电压下，会有很大的电流。且电流较小的反偏电压下，会有很大的电流。且电流 不饱和不饱和 结论：结论：M s中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识由于半导体表面态的存在，假定半导体能带隙的由于半导体表面态的存在，假定半导体能带隙的上半部分

14、存在受主表面态，那么所有受主态都位上半部分存在受主表面态，那么所有受主态都位于于EF之下，如图之下，如图9.11b.这些表面态带负电荷，将这些表面态带负电荷，将使能带图发生变化。使能带图发生变化。同样地假定半导体能带隙的下半部分存在施主表同样地假定半导体能带隙的下半部分存在施主表面态，如图面态，如图9.13b，所有施主态都位于，所有施主态都位于EF之上，之上，这些表面态带正电荷，将使能带图发生变化。因这些表面态带正电荷，将使能带图发生变化。因此表面态的作用无法形成良好的欧姆接触此表面态的作用无法形成良好的欧姆接触9.2 金属半导体的欧姆接触金属半导体的欧姆接触中国历史上吸烟的历史和现状、所采取

15、的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识实际的实际的MS接触接触 欧姆接触的形成欧姆接触的形成在在MS接触下方半接触下方半导体的重掺杂有助导体的重掺杂有助于欧姆接触的形成于欧姆接触的形成穿过势垒型接触的发射穿过势垒型接触的发射电流随掺杂的变化电流随掺杂的变化中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识遂道效应遂道效应金属半导体接触的金属半导体接触的空间电荷层宽度与空间电荷层宽度与半导体掺杂浓度的半导体掺杂浓度的平方根成反比，随平方根成反比，随着掺杂浓度的增加，着掺杂浓度的增

16、加，遂穿效应增强遂穿效应增强中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识9.3异质结异质结9.1.1半导体异质结半导体异质结两种不同半导体材料接触形成的结两种不同半导体材料接触形成的结反型异质结：由导电类型相反的两种不同的半导体反型异质结：由导电类型相反的两种不同的半导体 单晶材料所形成的异质结如单晶材料所形成的异质结如p-Ge和和 n-GaAs 记为记为p-nGe-GaAs 如如p-nGe-Si,n-pGe-GaAs 同型异质结：导电类型相同的两种半导体材料所形同型异质结：导电类型相同的两种半导体材料所形 成的异质结

17、成的异质结.如如n-nGe-Si,p-p Ge-GaAs,p-pSi-GaP一般把禁带宽度较小的半导体材料写在前面。或者用大一般把禁带宽度较小的半导体材料写在前面。或者用大写字母表示较宽带写字母表示较宽带隙的材料，如隙的材料，如隙的材料，如隙的材料，如NpNp，nP,Nn,pP.nP,Nn,pP.中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识9.2.2 能带图能带图窄带隙材料和宽带隙材料在接触前的能带图窄带隙材料和宽带隙材料在接触前的能带图中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸

18、烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识由于由于p区和区和n区的电子亲和势和禁带宽度不同，区的电子亲和势和禁带宽度不同，使异质结在界面处的能带突变，使异质结在界面处的能带突变，EC和和 EV的的出现将阻碍载流子通过界面，这种对载流子的出现将阻碍载流子通过界面，这种对载流子的限制作用是同质结中所没有的。限制作用是同质结中所没有的。中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识Figure 9.18Figure 9.18中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师

19、生的控烟意识1.内建电势内建电势9.3.4静电特性静电特性中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识9.3.4静电特性2.耗尽层中的电荷分布耗尽层中的电荷分布 3.泊松方程泊松方程中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识4.电场：5.电势6.耗尽层宽度7.电容9.3.4静电特性中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识p-nGe-GaAs异质结的平衡能带图中国历

20、史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识9.3.3 二维电子气9.19 nN异质结在热平衡状态下的理想能带图异质结在热平衡状态下的理想能带图中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识Figure 9.20Figure 9.20n-AlGaAs,n-GaAs异质结的导带边缘图中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识中国历史上吸烟的历史和现状、所采取的措施以及由此带来的痛苦和灾难，可以进一步了解吸烟对人民健康的危害，提高师生的控烟意识