半導體的表面界面及接觸現(xiàn)象

固體物理量子力學統(tǒng)計物理能帶理論平衡半導體載流子輸運非平衡半導體pn結(jié)MS結(jié)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管pn結(jié)二極管肖特基二極管歐姆接觸JFET、MESFET、MOSFET、HEMT從物理到器件肖特基二極管是金屬－半導體結(jié)原理制作,具有低功耗、大電流、超高速半導體器件(反向恢復時間極短)具有重摻雜窄帶隙的基區(qū)，輕摻雜寬帶隙的發(fā)射區(qū)，大大提高了發(fā)射結(jié)的載流子注入效率。HBT的功率密度高，相位噪聲低，線性度好，但它特別適合在低相位噪聲振蕩器、高效率功率放大器、寬帶放大器中應用。根據(jù)PN結(jié)的材料、摻雜分布、幾何結(jié)構(gòu)和偏置條件的不同，利用其基本特性可以制造多種功能的晶體二極管。如利用PN結(jié)單向?qū)щ娦钥梢灾谱髡鞫O管、檢波二極管和開關(guān)二極管，利用擊穿特性制作穩(wěn)壓二極管和雪崩二極管；利用高摻雜PN結(jié)隧道效應制作隧道二極管；利用結(jié)電容隨外電壓變化效應制作變?nèi)荻O管。使半導體的光電效應與PN結(jié)相結(jié)合還可以制作多種光電器件。如利用前向偏置異質(zhì)結(jié)的載流子注入與復合可以制造半導體激光二極管與半導體發(fā)光二極管；利用光輻射對PN結(jié)反向電流的調(diào)制作用可以制成光電探測器；利用光生伏特效應可制成太陽電池。此外，利用兩個PN結(jié)之間的相互作用可以產(chǎn)生放大，振蕩等多種電子功能。PN結(jié)是構(gòu)成雙極型晶體管和場效應晶體管的核心，是現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)。

晶體二極管實際上就是一個pn結(jié)，三極管是兩個靠得很近，背靠背的pn結(jié)組成；結(jié)型場效應管（如mos管）也是移用pn結(jié)的特性工作。

半導體集成電路中，還利用了pn結(jié)的有關(guān)特性制成了電路中的電阻、電容以及實現(xiàn)電路元器件間的隔離，從而使大規(guī)模集成電路的制作成為可能一、p-n結(jié)的形成和雜質(zhì)分布p型半導體和n型半導體結(jié)合在一起，在交界面處其雜質(zhì)分布不均勻，形成pn

結(jié)。pn結(jié)利用控制雜質(zhì)分布的工藝方法來實現(xiàn)1．合金法用合金法制備的p-n結(jié)一般為突變結(jié)；xNNAND突變結(jié)的雜質(zhì)分布xjP+n結(jié)pn用擴散法制備的p-n結(jié)一般為緩變結(jié)，雜質(zhì)濃度逐漸變化。2．擴散法

0xN(x)NA(x)NDxj擴散結(jié)雜質(zhì)分布由擴散過程和雜質(zhì)補償決定pn線性緩變結(jié)：在擴散結(jié)中，雜質(zhì)分布可用

x=xj

處的切線近似表示。xxjND-NA線性緩變結(jié)近似擴散結(jié)的雜質(zhì)分布但對高表面濃度的淺擴散結(jié)，用突變結(jié)近似0xNANDN(x)突變結(jié)近似擴散結(jié)的雜質(zhì)分布xj{突變結(jié)緩變結(jié)pn結(jié){合金結(jié)高表面濃度的淺擴散結(jié)（p+n或n+p)根據(jù)雜質(zhì)分布低表面濃度的深擴散結(jié)二、平衡p-n結(jié)的特點

1．平衡p-n結(jié)的形成

P型材料的多子用ppo表示，少子為npo，N型材料的多子用nno表示，少子用pno表示PN°?_____+++++EJ擴J漂空間電荷空間電荷區(qū)（勢壘區(qū)）內(nèi)建電場阻礙載流子繼續(xù)擴散平衡后：J擴=J漂

形成恒定的電場，稱為內(nèi)建場，它存在于結(jié)區(qū)。處于熱平衡狀態(tài)的結(jié)稱為平衡結(jié)。

2．平衡p-n結(jié)的能帶及勢壘當二者接觸后，電子由N

P，空穴由PN,(EF)n

，(EF)p

(EF)n=(EF)p=EFJ擴=J漂有一恒定的電場E，方向由NP

PNEFqVDEVECnpEi(EF)p(EF)n平衡pn結(jié)能帶圖VD－－平衡pn結(jié)的空間電荷區(qū)兩端間的電勢差，稱為pn結(jié)的接觸電勢差或內(nèi)建電勢差qVD－－

相應的電子電勢能之差，即能帶的彎曲量，稱為pn結(jié)的勢壘高度勢壘高度補償了n區(qū)和p區(qū)的費米能級之差，使平衡pn結(jié)的費米能級處處相等。0xxnx-xpV(x)VD平衡pn結(jié)中電勢取p區(qū)電勢為零對電子：P區(qū)電勢比n區(qū)電勢高xqV(x)平衡pn結(jié)中電勢能EvppnEFEvnEcn-xpoxxnEcp-qVD假設：P區(qū)：Ec=EcpEv=Evpno=npopo=ppoN區(qū)：Ec=EcnEv=Evnno=nnopo=pno同質(zhì)p-n結(jié):3.pn結(jié)的接觸電勢差(內(nèi)建電勢）平衡時：ppo=NA,nno=ND

T一定，NA,ND

,則VD

Eg

,ni,則VD

例：若NA=1017cm-3,ND=1015cm-3

則得室溫下Si的VD=0.70VGe

的VD=0.32Vpn結(jié)平衡時特點

勢壘區(qū)內(nèi)電子（空穴）的擴散和漂移抵消整個pn結(jié)出現(xiàn)統(tǒng)一的費米能級能帶彎曲－－勢壘高度4.平衡時pn結(jié)載流子分布x

處的電子濃度

x

處的空穴濃度

設V(xn