物理-半导体器件chapterpn结与金属接触

PhysicsofSemiconductor No.30Building PN采用硅平面工 光刻胶NN抛光处理后的N型硅

采用干法或湿法氧

N光刻胶层(负胶）匀晶 紫外

工艺的晶片氧化层制

及坚NSi

光刻胶

掩模板

n

光刻NN

PN PPNNNN

N形成P-N结PPPPNNN金属蒸发/溅射金 金属 、结的形 时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下

自建电

内电 多子扩 间的接触电势差。按照多种材料串联接触的电势差在同一温度下只决定于第一种材料和最后一种材料而和中间任何一种材料无关这一性质，不难理解，用普通不应考虑这个电势差。但内建电势影响载流子分布，在研究半导体器件的物理过程时是非常重要。 、平衡 kTlnNANDnq nqi 电场引起的附加势能。能带上移的高度即为接触电 度度。 二、非平衡pn为分析方便，规定区接电源正极为正向偏置，反、结的正向特np0

pn0Dp jjp(x)jn(x)

Lp

2

np0

pn0Dp

jjp(x)jn(x)

ekT

Lp pnxp

pnxn

pn0 正向导通电压 击穿机理：热击穿、雪崩击穿和隧道击穿。后两种热击穿：当结外加反向偏压增加时，对应于反向电流所损耗的功率增大，产生的热量也增加，从而引起结温上升，而结温的升高又导致反向电流增大如果产生的热量不 散发出去，结温上升和反向电流的增加将会交替进行下去，最后使反向电流无限增长，如果没有保护措施，pn结将被烧毁而永久失效。这种击穿是由热效应引起的，所以称热击 PN结反向电压增加到一定数值（VB）时，反向电流开始急剧上升，这种现象称为PN结击穿。VB PN结掺杂浓度十分高3）时，耗尽区内的电场高达

>6

pnpn 势垒电当外加电压VA变化时，pn结的空间电荷宽度跟着发生变化，因而势垒区的电荷量也就随外加电压变化而变化。这相当PN结中的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电效应。因为发生在势垒 Q 扩散电v(t)。既然结外加电压包括直流分量和交流分量，PN结扩散电容来源于扩散区积累的过剩载流子电 外加电压变化时，扩散区任意小的局部范围内，电子和空穴的数量都以相同的速率增加和减少；充放电过程中，扩散区始终维持电中性。所以，扩散电容的正负电荷应理解为空间同一位置上价 频率特性：半导体器件用于模拟电路（处理连续波） 结小信号工作时的特点是信号电流与信号电压满足线性关系，即器件内部载流子分布的变化跟得上信号的变化。结小信号工作时的特点是信号电流与信号电压满足线性关系，即器件内部载流子分布的变化跟得上信号的变化。结在大信pn结开关特TURN-ONOFAPN(2)TURN-OFFOFAPN p由于If、Ir常受到电路中其他条件的限制， 出半导体时少受阻力 金属-半导体接触势当它们紧密接触时，电子会从费米能级高的地方向 的空间电荷层，使得半导体侧电子能量提高；在空间电荷区中表面附近能带向下弯曲，电子浓度将比体内的平衡浓度大得多，它是多子（电子)积累层，是一个高电导层；这种情况下，多子（电子）在两种材料中的相互转移，不需要越过势垒就可以运动到对方，通六、肖特基二极管特 多特基势垒中的饱和电流远高于有 辐射跃迁和光吸(a吸收(b)自发发射(c) 复合分为辐射复合和非辐射复合。辐射复合过程中，自由电子和空穴具有的能量将变成光而自然放出。非辐射复合过程中，释放的能量将转变为其它形式的能，如热能。因此，为提高发光效率 发光器发光二极管：靠注入载流子自发复合而半导体激光器则是在外界诱发的作用下促使注入载流子复合而引起的受激辐射；相干光，具有单色性好、方向性强、亮 当光照射到半导体上时，光能量作用于物体而释放出电子的现象称为光电效应。光电效应分为内、外光电 hvhv1mv2200（每个光子具有的能量=电子动能+逸出功式中：m—电子质量；v—电子逸出速从上式可知：当光子能量大于逸出功时，才产生光电不会产生光电效应。反之，入射频率高于红限频率，2 导 导 导h杂质能级(受主能级h杂质能级(受主能级价带(充满带本征半导

价带(充满带 价带(充满带n型杂质半导 (c)