半导体物理-21

硅-二氧化硅界面的表面势(x)EVECEf(x)EVECEf(x)EVECEf积累耗尽反型EVECEfEVECEfEVECEf(x)(x)(x)sQscP型半导体QscsN型半导体理想MOS的C－V特性EcEvEfEfmV0,耗尽EcEvEfEfmV＝0,平带EcEvEfEfmV0,反型EcEvEfEfmV0,积累SMOCiCsiiidACsscSddQAC)(20sscuFkTQkTeuss)1()1()1()1(2000002susuuuSuenuepenepkTeACssss*MOS电容的C－V特性P型半导体EcEvEfEfmV0,积累kTekTNeACsAs2exp202sisiCCCCCisCCiCCEcEvEfEfmV＝0,平带0skTNeACAs020德拜长度ADNekTL20)1()1()1()1(2000002susuuuSuenuepenepkTeACssssssuuSepepkTeAC000222211ssuuues平带电容00sisiFBCCCCCEcEvEfEfmV0,耗尽sSuppkTeAC00022sASNeAC20AseN02DsLAC000ACsEcEvEfEfmV0,反型ssuuSenenkTeAC00022kTekTneACss2exp2002isCCiCCCVCiCVCiVtV0dvdvVV0dvdQCMOS电容测量低频高频nAscQeNQnscdQdQiCCiDDmnNNekTln420msmAC0smismiCCCCCminCVCiN型半导体EcEvEfEfmV0,反型实际MOS的C－V特性*功函数差异的影响(氧化层并不完全绝缘）EcEvEfEfmeVmEcEvEfEfmmsmsWWeVmsFBVV平带电压CVVFB*氧化层电荷的影响EcEvEfQssQscQm)(mscssQQQQssQm0dimssQQFBVV0issiissFBAQdCQVQiQm0dix0iiFBiixQQxVACdssiFBmsiiQQxVVCCd总的平带电压*MOS结构参数的实验确定CVVFB-BT+BT实验过程-BT:加负偏压加热200度测C－V+BT:加正偏压加热200度测C－VSMOVmsmsWWeV：可动电荷：固定电荷issQQssFBmsiQVVCssiFBmsiQQVVC参数计算氧化层厚度CV-BT+BTiCCmaxmax0CAdii9.3i掺杂浓度iAAmnNNekTln420msmAC0smismiCCCCCmin平带电容kTNeACAs02000sisiFBCCCCC平带电压氧化层电荷FBVFBVioxmsFBCQVV半导体功函数fcsEEWAVVfNNkTEElneVSi05.4)(msmsWWeV固定电荷)(msFBioxVVeCeQ)(msFBissVVeCeQ可动电荷)(msFBiissVVeCeQQFBiiVeCeQ*界面态密度的测量EVECEf----------sddQCintintsedNdQintintintinteNCCiCsCint低频电容int111CCCCsiLF高频电容siHFCCC111HFiHFLFiLFiCCCCCCCCintCVCidVdQCLFiidVdQCiiLFdVCdVCsiVVdVCCdiLFs1VViLFsadVCCV1)(0,sFBVVFBaVViLFdVCC1半导体硅二氧化硅V习题：硅、二氧化硅以及铝电极构成MOS结构如图所示，已知氧化层上铝电极面积为1mm2,铝的功函数为4.25eV,二氧化硅层的厚度为354nm。硅与氧化层的相对介电常数分别为12与4，真空介电常数为8.85×10-14F/cm。300K时硅的功函数Ws为4.85eV,电子亲和能为4.05eV，导带底有效状态密度2.8x1019cm－3,价带顶有效状态密度1.8x1019cm－3，硅的禁带宽度１.12eV,问：1.要使半导体表面处于积累状态，需要外加的电压是大于0还是小于0？并计算此时的MOS结构电容。2．计算半导体处于平带时所需外加的电压以及MOS的平带电容3.计算半导体表面电子浓度等于空穴浓度时，半导体的表面势及所对应的势垒电容和势垒宽度.4．计算强反型时高频与低频测量所对应的MOS电容，并说明两者差别的原因。5．如何使半导体背面与铝的接触成为欧姆接触？6.如果向氧化层中注入负电荷,则C-V曲线会发生怎样变化?第一章半导体中的电子能量状态晶体中的能带及电子能量状态金刚石晶体的能带导带、价带、禁带宽度、直接禁带、间接禁带半导体、绝缘体及金属在能带结构上的差别禁带宽度随原子间距、压力及温度的变化关系有效质量的定义，有效质量与能带结构的关系电子有效质量、空穴有效质量、横向有效质量、纵向有效质量、重空穴有效质量、轻空穴有效质量、状态密度有效质量、电导有效质量。金刚石结构的第一布里渊区常见半导体的能带结构Si,Ge,GaAs导带与价带，在第一布里渊区中的能谷数及位置禁带中的能级（深能级，浅能级）第二章半导体电子和空穴的平衡态统计分布状态密度费米分布函数与玻尔兹曼分布函数非简并半导体中的导带电子、价带空穴及本征载流子浓度2/12/3*3)()2(4)(cecEEmhVEgKTEEEffexp11)(KTEENnfccexpKTEENpvfvexpKTENNnpgvc2expni杂质半导体的载流子浓度强电离区低温弱电离区高温本征区电中性方程费米能级载流子浓度DNnCDDCfNNKTEEE2ln22KTEENNnDcCD2exp22/1DCCfNNKTEElnDNnnnpi/2DNnpninpnCVVCfNNKTEEEln22EcEDTT1T2T3T4EiEcEDTEiNDNAEv_______________NDNA_______________EA简并半导体第三章半导体输运现象电导的微观理论电导、电导率、迁移率的基本关系*eemeJhepene温度1nNN2/3TI2/3Ts)exp(kToT本征N1N2N2N1ln(n)TTND室温强电场下的电导JIIIIIIIV负微分电导J12电磁效应：霍耳效应，磁阻效应neBJRzxyH1peRH1CTBAIVVmtRZHH/m)()()()(3CGBAIVVcmtRZHH/cm10)()()()(38HR量子霍尔效应第四章非平衡载流子丹倍效应、双极扩散及光磁效应光注入非平衡载流子的产生与复合tptpexp)0()(gp)(tptpexp1)()(准费米能级的确定0lnnnkTEEfnf0lnppkTEEpff2lnipfnfnnpkTEE间接复合的非平衡载流子寿命00100010pnpppnnneh掺杂浓度温度复合中心性质非平衡载流子的扩散nnDL)/exp()0()(nLxnxnnnekTD第五章P-N结p-n结能带图及载流子浓度的分布图（平衡、正向及反向）EcpEcnEvpEvnEfpEfneVDEcpEcnEvpEvnEfpEfne(VD–V)eVEcpEcnEvpEvnEfpEfne(VD-V)eVpp0nn0np0pn0-XpXnXp(x)n(x)pp0nn0np0pn0-XpXnXpp0nn0np0pn0-XpXnX2lniADDnNNekTV1exp)(0kTeVpxpnnpnnLxxxpxpexp)()(p-n结击穿：雪崩击穿电压与掺杂浓度的关系p-n结的扩散电流AninDpipNLneDNLneDJ2201exp0kTeVJJ突变结及线性缓变结势垒宽度、势垒电容的计算DADDADNeNVVNNX))((20310)(12eVVXDDDJXAC0简并P-N结的能带图及J－V关系VJVTEcpEcnEvpEvnEfpEfneVD第六章金半接触势垒高度的测量与计算金半接触势垒模型E0EfWmECEVneVD势垒宽度)(20VVeNDD势垒电容)(20VVeNACDD金半接触J－V特性：1exp0kTeVJJkTATJnexp20VEeVEeJD00exp热电子发射电流隧道电流整流接触欧姆接触第七章半导体表面和界面表面电荷与表面势的关系（表面的积累、耗尽、与反型）sQscP型半导体QscsN型半导体MOS结构的C－V特性（理想、功函数差及氧化层电荷的影响）CVCisisiCCCCCkTNeACAs020iDDmnNNekTln420msmAC0B.T.实验及参数的确定（Ci,NA,CFB,VFB,Ws,Qss,Qi)ioxmsFBCQVV考试注意事项：1.考试时间：7月2日星期一上午8：30-10：302.考试地点：4201，按学号对号入座3.半开卷（只能带一张A4纸），草稿纸统一发。4.每人带好计算器，计算器只能本人使用。5.计算中注意单位与量纲，计算结果要有单位。6月29日星期五下午答疑，地点：综合楼201室