物理半导体器件物理.pptx

,D),V>0;当金属板相对于欧姆接触为负偏压时,V<(金属:qm;半导体:qs)为费米能级与真空能级之间的能量差;qχ为电子亲和力,即半导体中导带边缘与真空能级的差值;:(1)在V=0时,金属与半导体功函数差为零(EF半导体=EF金属,qms=0),能带是平的(称为平带状况).(2)在V≠0时,二极管中的电荷仅位于半导体之中,且与邻近氧化层的金属表面电荷量大小相等,但极性相反;(3)在直流偏压下,无载流子通过氧化层,亦即R氧化层=∞。MOS二极管V=0时,-Si界面处产生空穴堆积,称为积累现象。此时,|Qm|=Qs当一理想MOS二极管偏压V<0或V>0时,:(1)当V<0时,SiO2-Si界面处将产生超量的空穴,使半导体表面的能带向上弯曲。理想MOS二极管内部无电流流动,所以半导体内部的EF=常数,而Ei随能带也向上弯曲,使(Ei-EF)变大。MOS二极管(2)当V>0且较小时,半导体表面的能带将向下弯曲,使表面EF=Ei,形成多数载流子(空穴)耗尽,称为耗尽现象。此时,np=pp=ni,Qsc=qNAW,其中W为表面耗尽区的宽度.(3)当V>0且较大时,<EF。在SiO2-Si的界面处形成负载流子(电子)(EF-Ei)>0,在表面处np>ni而pp<ni,即少子>空穴,使表面载流子呈现反型,:弱反型和强反型当ni<np<NA时,处于弱反型,W随V的增加而增大;当np=NA时,开始产生强反型;当np>NA时,处于强反型。发生强反型后:(1)反型层的宽度xi≈1nm~10nm,且xi<<W;(2)随V的增加,能带稍微增加弯曲程度,np急剧增大,而W不再增大,达到最大值;Qs=Qn+Qsc=Qn-qNAWmMOS二极管一、表面耗尽区:,Ψ>=Ψs>0,:MOS二极管FEVEiECE半导体表面gEByqyq)0(SS>yyqix半导体氧化层FEVEiECE半导体表面gEByqyq)0(SS>yyqix半导体氧化层FEVEiECE半导体表面gEByqyq)0(SS>yyqix半导体氧化层对表面电势可以区分为以下几种情况:Ψs<0:空穴积累(能带向上弯曲);Ψs=0:平带情况;ΨB>Ψs>0:空穴耗尽(能带向下弯曲);Ψs=ΨB:禁带中心,即ns=ps=ni(本征浓度);Ψs>ΨB:反型(能带向下弯曲超过费米能级).电势为距离的函数,可由一维的泊松方程式求得为其中ρs(x)为位于x处的单位体积电荷密度,而εs为介电常数MOS二极管FEVEiECE半导体表面gEByqyq)0(SS>yyqix半导体氧化层FEVEiECE半导体表面gEByqyq)0(SS>yyqix半导体氧化层FEVEiECE半导体表面gEByqyq)0(SS>yyqix半导体氧化层耗尽近似法进行分析:当半导体耗尽区宽度达到W时,半导体内的电荷为ρs=-qNAW,积分泊松方程式可得距离x的函数的表面耗尽区的静电势分布:表面电势Ψs为此电势分布与单边的n+-p结相同。当Ψs=ΨB时,ns=ps=ni,可看作表面开始发生反型当Ψs>ΨB时,ns>ps,表面处于反型当Ψs>ΨB多大程度时,表面处于强反型状态,还需要一个准则MOS二极管FEVEiECE半导体表面gEByqyq)0(SS>yyqix半导体氧化层FEVEiECE半导体表面gEByqyq)0(SS>yyqix半导体氧化层FEVEiECE半导体表面gEByqyq)0(SS>yyqix半导体氧化层设定表面电荷等于衬底杂质浓度是一个简单的准则,即ns=:需要1ΨB,将表面的能带弯曲至本征的条件(Ei=EF),开始发生反型需要2ΨB,=NA当表面为强反型时,=Ψs(inv)=2ΨB时,可得到表面耗尽区的最大宽度WmFEVEiECE半导体表面gEByqyq)0(SS>yyqix半导体氧化层FEVEiECE半导体表面gEByq