半导体器件原理-第二章
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第二章-半导体分立器件
例：
后缀，以进 一步标明半 导体器件的 特性或对器 件进行进一 步的分类。
3. 二极管 半导体二极管是由一个PN结、引出线和管壳三 部分构成的。 符号：
P N
+
-
① 按照工艺结构分类
◆点接触型二极管
结构：由管心、引线和玻璃管壳组成。管心是一根 金属触须（半径约为0.1mm的钨丝或金丝）压接在 半导体晶体上，利用电形成工艺来获得PN结。
S
（f）增强型PMOS管
结电容（pF）
反向偏压（v）
④ 二极管极性的识别及测量
◆二极管极性的识别
根据标志识别：一般印有红色点一 端为正极，印有白色点一端为负极。 根据结构识别：对于玻 璃封装的点接触式二极 管，可透过玻璃外壳观 察其内部结构来区分极 性，金属丝一端为正极， 半导体晶片一端为负极。
_
+
根据正反向电阻识别： 万用表拨到R×100Ω或R×1kΩ档，测量二 极管的直流电阻。 正向电阻﹤反向电阻 用万用表测小功率二极管的直流电阻时，不 能使用R×1Ω和R×10kΩ档，因为R×1Ω档电流 很大，容易烧坏二极管，R×10kΩ档的电压较高， 容易使二极管的PN结击穿。
七、半导体分立器件 1. 分类
① 半导体二极管 普通二极管：整流二极管、检波二极管、稳压二极管 、恒流二极管、开关二极管等； 特殊二极管：肖特基势垒管（SBD）、隧道二极管（ TD）、位置显示管（PIN）、变容二极管、雪崩二极 管等。
② 晶体三极管 锗管：高频小功率管、低频大功率管； 硅管：高频小功率管、超高频小功率管、高速开关管、 低噪声管、微波低噪声管； 专用器件：单结晶体管和可编程晶体管。
2S502的改进型
JEIA登记号
NPN高频晶体管
半导体物理学第二章
r相对介电常数
5 杂质的补偿作用
• 同时掺入P型和n型两种杂质，它们会相互抵消。 • 若ND>NA,则为n型半导体，n= ND-NA ； • 反之为P型，p= NA-ND。 • 其净杂质浓度称之为“有效杂质浓度”。 • 值得注意的是，当两种杂质的含量均较高且浓度基本相同
时，材料容易被误认为是“高纯半导体”，实际上，过多 的杂质含量会使半导体的性能变差，不能用于制造器件。
空位缺陷的最近邻有四个原子，每个原子有一个不成对 的电子，为不饱和的共价键，有接受电子的倾向，表现 出受主的作用。反之，间隙缺陷有四个可以失去的价电 子，表现为施主。
热缺陷产生的原因
• 系统的热平衡取决于自由能 F= U-TS。而S=klnW，设 熵是由组态变化引起。在N个原子的晶体中，有n个空位， 则排列方式为W=(N+n)!/N!n!种。
• 结论：掺磷(5价)，施主，电子导电，n型半导体。
半导体的掺杂
施主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的电子， 并成为带正电的离子。如Si中的P 和As
ED
As
N型半导体
施主能级
EC ED
EV
3 受主杂质 受主能级
• 在硅中掺入3价的硼B，硼原子有3个价电子，与周围四个 硅原子形成共价鍵，缺少一个电子，必须从周围获得一 个电子，成为负电中心B-。
主要讨论杂质和缺陷：
杂质的影响：105个硅原子中有一个杂质硼原子，室温电 导率增加103个数量级。 缺陷的影响：硅平面器件要求位错密度控制在103cm2以下。 原因1.破坏了周期性势场； 2.在禁带中引入了杂质能级。
与理想情况的偏离的影响
• 极微量的杂质和缺陷，会对半导体材料 的物理性质和化学性质产生决定性的影 响，同时也严重影响半导体器件的质量。 – 1个B原子/ 1 0 5 个Si原子 在室温下电导率提高1 0 3 倍 – Si单晶位错密度要求低于 103cm2
5 杂质的补偿作用
• 同时掺入P型和n型两种杂质，它们会相互抵消。 • 若ND>NA,则为n型半导体，n= ND-NA ； • 反之为P型，p= NA-ND。 • 其净杂质浓度称之为“有效杂质浓度”。 • 值得注意的是，当两种杂质的含量均较高且浓度基本相同
时，材料容易被误认为是“高纯半导体”，实际上，过多 的杂质含量会使半导体的性能变差，不能用于制造器件。
空位缺陷的最近邻有四个原子，每个原子有一个不成对 的电子，为不饱和的共价键，有接受电子的倾向，表现 出受主的作用。反之，间隙缺陷有四个可以失去的价电 子，表现为施主。
热缺陷产生的原因
• 系统的热平衡取决于自由能 F= U-TS。而S=klnW，设 熵是由组态变化引起。在N个原子的晶体中，有n个空位， 则排列方式为W=(N+n)!/N!n!种。
• 结论：掺磷(5价)，施主，电子导电，n型半导体。
半导体的掺杂
施主：掺入在半导体中的杂质原子，能够向半导体中提供导电的电子， 并成为带正电的离子。如Si中的P 和As
ED
As
N型半导体
施主能级
EC ED
EV
3 受主杂质 受主能级
• 在硅中掺入3价的硼B，硼原子有3个价电子，与周围四个 硅原子形成共价鍵，缺少一个电子，必须从周围获得一 个电子，成为负电中心B-。
主要讨论杂质和缺陷：
杂质的影响：105个硅原子中有一个杂质硼原子，室温电 导率增加103个数量级。 缺陷的影响：硅平面器件要求位错密度控制在103cm2以下。 原因1.破坏了周期性势场； 2.在禁带中引入了杂质能级。
与理想情况的偏离的影响
• 极微量的杂质和缺陷，会对半导体材料 的物理性质和化学性质产生决定性的影 响，同时也严重影响半导体器件的质量。 – 1个B原子/ 1 0 5 个Si原子 在室温下电导率提高1 0 3 倍 – Si单晶位错密度要求低于 103cm2
复旦大学半导体器件第二章平衡载流子
重点内容
• 费米分布函数和玻尔兹曼分布函数及其适用的条件； • 施主、受主能级上电子和空穴的分布几率； • 在计算有效质量时要考虑各向异性，在计算有效状态
密度时要考虑到导带最低点的个数（硅有六个）；
• 载流子浓度和中性施主、受主浓度的公式； • 均匀掺杂半导体满足电中性条件，电中性条件的公式；
• n0 p0 ni2 成立的条件；
• 虚线是本征载流子浓度，只在 本征激发区才显示出和电子浓 度可比拟的量。
• 饱和电离区是晶体管和集成电 路正常工作的温度范围。
三个区域的计算公式
• 弱电离区
1/2
n0NgcN DD expE2ckBTED
• 饱和电离区
n0 ND
• 本征激发区
n0p0ni NcNV1/2exp2E kB gT
• 电子－空穴浓度积始终满足
• 费米分布函数：在热平衡情况下，考虑到一个量子态最多只能被
一个电子占有，能量为E的单量子态被电子占有的几率为：
fe
E
exp
1
E EF kBT
1
kB是 玻 尔 兹 曼 常 数
• 一个状态要么被一个电子占有要么没有电子占有，该状态空着的
几率是：
1feEfh(E)expEkF1BTE1
费米分布函数和玻尔兹曼分布函数
• 处于费米能级相同位置的能量状态 上，电子占有的几率是1/2,费米能级
表示电子的平均填充水平。
EEF：fe
fh
1 2
• 玻尔兹曼分布函数（一个量子态可 以同时被多个电子占有）
feAexpEkT
EEF kT时费米分布近似于玻尔兹曼分布
fe(E)1exp1EkTEF
expkETF expkET
第二章半导体三极管与分立元件放大电路
IE=IB+IC
IC IB
IE(1)IB
三、三极管的电流放大作用
（1）三极管的电流放大作用就是基极电流IB的微小变化控 制了集电极电流IC较大的变化。
（2）三极管放大电流时，被放大的IC是由电源VCC提供 的，并不是三极管自身生成的，放大的实质是小信号对大信 号的控制作用。
（3）三极管是一种电流控制器件。
UB
Rb 2V CC Rb1 Rb2
若电路满足I1≥（5~10）IB，UB≥（5~10）UBE由上式可知， UB由Rb1、Rb2分压而定，与温度变化基本无关。
如果温度升高使IC增大，则IE增大，发射极电位UE=IERe升 高，结果使UBE=UB－UE减小，IB相应减小，从而限制了IC的增 大，使IC基本保持不变。上述稳定工作点的过程可表示为
这个值时，放大性能下降或损坏管子。
（2）反向击穿电压（Reverse breakdown voltage） U(BR)CBO ： 发射极开路时，集电极－基极之间允许施加的最高 反向电压，超过此值，集电结发生反向击穿。 U(BR)EBO ： 集电极开路时，发射极－基极之间允许施加的最高反 向电压。 U(BR)CEO：基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反 向电压。为可靠工作，使用时VCC取U(BR)CEO的1/2或2/3。在输出特 性曲线中，iB＝0的曲线开始急剧上翘所对应的电压即为U(BR)CEO ， 其值比U(BR)CBO小。T↑，U(BR)↓。
图（b）的电路，由于C1的隔断直流作用，VCC不能通过Rb 使管子的发射结正偏即发射结零偏，因此三极管不工作在放大 区，无放大作用。
2.2.4 共射基本电路的静态工作点
一般，三极管的UBE可视为已知量，硅管│UBE│取0.7V， 锗管│UBE│取0.2V，VCC>>UBE。
IC IB
IE(1)IB
三、三极管的电流放大作用
（1）三极管的电流放大作用就是基极电流IB的微小变化控 制了集电极电流IC较大的变化。
（2）三极管放大电流时，被放大的IC是由电源VCC提供 的，并不是三极管自身生成的，放大的实质是小信号对大信 号的控制作用。
（3）三极管是一种电流控制器件。
UB
Rb 2V CC Rb1 Rb2
若电路满足I1≥（5~10）IB，UB≥（5~10）UBE由上式可知， UB由Rb1、Rb2分压而定，与温度变化基本无关。
如果温度升高使IC增大，则IE增大，发射极电位UE=IERe升 高，结果使UBE=UB－UE减小，IB相应减小，从而限制了IC的增 大，使IC基本保持不变。上述稳定工作点的过程可表示为
这个值时，放大性能下降或损坏管子。
（2）反向击穿电压（Reverse breakdown voltage） U(BR)CBO ： 发射极开路时，集电极－基极之间允许施加的最高 反向电压，超过此值，集电结发生反向击穿。 U(BR)EBO ： 集电极开路时，发射极－基极之间允许施加的最高反 向电压。 U(BR)CEO：基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反 向电压。为可靠工作，使用时VCC取U(BR)CEO的1/2或2/3。在输出特 性曲线中，iB＝0的曲线开始急剧上翘所对应的电压即为U(BR)CEO ， 其值比U(BR)CBO小。T↑，U(BR)↓。
图（b）的电路，由于C1的隔断直流作用，VCC不能通过Rb 使管子的发射结正偏即发射结零偏，因此三极管不工作在放大 区，无放大作用。
2.2.4 共射基本电路的静态工作点
一般，三极管的UBE可视为已知量，硅管│UBE│取0.7V， 锗管│UBE│取0.2V，VCC>>UBE。
第二章-半导体与PN结
2014-8-24 UNSW新南威尔士大学 17
&2.3.2载流子的产生
--吸收系数
吸收系数决定着一个给定波长的光子在被吸收之前能在材料走多 远的距离。如果某种材料的吸收系数很低，那么光将很少被吸收， 并且如果材料的厚度足够薄，它就相当于透明的。吸收系数的大小 决定于材料和被吸收的光的波长。在半导体的吸收系数曲线图中出 现了一个很清晰的边缘，这是因为能量低于禁带宽度的光没有足够 的能量把电子从价带转移到导带。因此，光线也就没被吸收了。下 图显示几种半导体材料的吸收系数： 四种不同半导体才在温 度为300K时的吸收系数α， 实验在真空环境下进行。
2014-8-24
UNSW新南威尔士大学
13
&2.2.5基本原理
--平衡载流子浓度
在没有外加偏压的情况下，导带和价带中的载流子浓度就叫本征载 流子浓度。对于多子来说，其平衡载流子浓度等于本征载流子浓度 加上掺杂入半导体的自由载流子的浓度。在多数情况下，掺杂后半 导体的自由载流子浓度要比本征载流子浓度高出几个数量级，因此 多子的浓度几乎等于掺杂载流子的浓度。 在平衡状态下，多子和少子的浓度为常数，由质量作用定律可 得其数学表达式。 n0p0=n2i 式中ni表示本征载流子浓度，n0和p0分别为电子和空穴的平衡载 流子浓度。使用上面的质量作用定律，可得多子和少子的浓度：
右图是一个硅锭，由 一个大的单晶硅组成， 这样一个硅锭可以被切 割成薄片然后被制成不 同半导体器件，包括太 阳能电池和电脑芯片。
2014-8-24 UNSW新南威尔士大学 2
&2.2.1基本原理
--半导体的结构
半导体是由许多单原子组成的，它们以有规律的周期性的结构键 合在一起，然后排列成型，借此，每个原子都被8个电子包围着。 一个单原子由原子核和电子构成，原子核则包括了质子（带正电荷 的粒子）和中子（电中性的粒子），而电子则围绕在原子核周围。 电子和质子拥有相同的数量，因此一个原子的整体是显电中性的。 基于原子内的电子数目（元素周期表中的每个元素都是不同的）， 每个电子都占据着特定的能级。下图展示了一种半导体的结构.
&2.3.2载流子的产生
--吸收系数
吸收系数决定着一个给定波长的光子在被吸收之前能在材料走多 远的距离。如果某种材料的吸收系数很低，那么光将很少被吸收， 并且如果材料的厚度足够薄，它就相当于透明的。吸收系数的大小 决定于材料和被吸收的光的波长。在半导体的吸收系数曲线图中出 现了一个很清晰的边缘，这是因为能量低于禁带宽度的光没有足够 的能量把电子从价带转移到导带。因此，光线也就没被吸收了。下 图显示几种半导体材料的吸收系数： 四种不同半导体才在温 度为300K时的吸收系数α， 实验在真空环境下进行。
2014-8-24
UNSW新南威尔士大学
13
&2.2.5基本原理
--平衡载流子浓度
在没有外加偏压的情况下，导带和价带中的载流子浓度就叫本征载 流子浓度。对于多子来说，其平衡载流子浓度等于本征载流子浓度 加上掺杂入半导体的自由载流子的浓度。在多数情况下，掺杂后半 导体的自由载流子浓度要比本征载流子浓度高出几个数量级，因此 多子的浓度几乎等于掺杂载流子的浓度。 在平衡状态下，多子和少子的浓度为常数，由质量作用定律可 得其数学表达式。 n0p0=n2i 式中ni表示本征载流子浓度，n0和p0分别为电子和空穴的平衡载 流子浓度。使用上面的质量作用定律，可得多子和少子的浓度：
右图是一个硅锭，由 一个大的单晶硅组成， 这样一个硅锭可以被切 割成薄片然后被制成不 同半导体器件，包括太 阳能电池和电脑芯片。
2014-8-24 UNSW新南威尔士大学 2
&2.2.1基本原理
--半导体的结构
半导体是由许多单原子组成的，它们以有规律的周期性的结构键 合在一起，然后排列成型，借此，每个原子都被8个电子包围着。 一个单原子由原子核和电子构成，原子核则包括了质子（带正电荷 的粒子）和中子（电中性的粒子），而电子则围绕在原子核周围。 电子和质子拥有相同的数量，因此一个原子的整体是显电中性的。 基于原子内的电子数目（元素周期表中的每个元素都是不同的）， 每个电子都占据着特定的能级。下图展示了一种半导体的结构.
半导体器件物理学习指导：第二章 PN结
型区扩散。由电子和空穴扩散留下的未被补偿的施主和
受主离子建立了一个电场。这一电场是沿着抵消载流子扩 散趋势的方向
在热平衡时，载流子的漂移运动正好和载流子的扩散运动
相平衡，电子和空穴的扩散与漂移在N型和P型各边分别留
下未被补偿的施主离子和受主离子N d和
N
a
。结果建立了
两个电荷层即空间电荷区。
i
反偏产生电流在 P N 结反向偏压的情况下，空间电荷区 中 np ni2 。于是会载流子的产生，相应的电流即为空间电 荷区产生电流。
隧道电流：当P侧和N侧均为重掺杂的情况时，有些载流子可 能穿透(代替越过)势垒而产生电流，这种电流叫做隧道电流
产生隧道电流的条件： （1）费米能级位于导带或价带的内部； （2）空间电荷层的宽度很窄，因而有高的隧道穿透几率； （3）在相同的能量水平上在一侧的能带中有电子而在另
雪崩击穿：在N区（P区）的一个杂散空穴（电子）进入空 间电荷层，在它掠向P区（N区）的过程中，它从电场获得 动能。空穴（电子）带着高能和晶格碰撞，并从晶格中电 离出一个电子以产生一个电子空穴对。在第一次碰撞之后， 原始的和产生的载流子将继续它们的行程，并且可能发生 更多的碰撞，产生更多的载流子。结果，载流子的增加是 一个倍增过程，称为雪崩倍增或碰撞电离，由此造成的PN 结击穿叫做雪崩击穿。
Ae-wn Lp K2 = - 2sh wn - xn
Lp
（4）
Aewn Lp K1 = 2sh wn - xn
Lp
（5）
将（4）（5）代入（1）：
sh wn - x
pn
-
pn0
=
pn0 (eV
VT
- 1) sh
Lp wn - xn
第二章半导体基本器件(精)
第二章半导体基本器件内容提要【了解】半导体的相关知识【熟悉】二极管（即PN结）的单向导电性及主要参数【了解】三极管的电流放大原理【熟悉】三极管输出特性曲线的三个工作区及条件和特点、主要参数【了解】MOS管的工作原理、相应的三个工作区以及与三极管的性能区别一．复习提要二．典型例题三．本章小结复习提要：*了解半导体基础相关知识：半导体(导电性能介于┉)、本征半导体(纯净,晶体)、共价键(共用电子对)；热激发：自由电子-空穴对、载流子、复合、浓度(微量,温度影响) ；掺杂半导体：N型(五价磷)、P型半导体(三价硼)、多子、少子；PN结：扩散、离子、空间电荷区、内电场EIN、阻挡层、漂移、动态平衡。
(p38~p41)本征半导体掺杂半导体PN结一.PN结(二极管)的单向导电性：p41单向导电性1.PN结内部扩散和漂移的动态平衡(空间电荷区的调节作用)；2.外加电压(外电场)打破原有的平衡(加正向偏压，削弱了内电场的作用，有利于扩散，形成较大的正向电流，导通；加反向偏压，增强了内电场的作用，有利于漂移，形成微弱的反向电流，截止)；3.熟悉PN结的伏安特性（i~u）：硅和锗的导通电压U ON分别为0.5V和0.1V、正向电压降U D分别为0.6~0.8V和0.1~0.3V,击穿电压U(RB)、二极管符号、主要参数(p43)及应用(数字：开关；模拟：整流、限幅；稳压管：正常工作在反向击穿状态，为了使稳压管不会因过流而损坏，应当在电路中加限流电阻（见图2.1.9）。
伏安特性稳压管电路*了解三极管电流放大原理：(1)发射结正偏,其正向电流主要是由发射区的多子向基区扩散所形成的电流I E(因为发射区重掺杂而基区掺杂浓度很低,故基区的多子向发射区扩散可以忽略)；(2) 注入到基区的多子在基区的复合和继续扩散；(3) 复合所形成基极复合电流I BN(≈I B)很小,大部分扩散被集电结反向偏置电场吸引到集电区,形成较大的集电极收集电流I CN(≈I C)(因为基区薄、掺杂浓度低,集电结反偏)。
半导体物理 第二章 PN结 图文
国家级精品课程——半导体器件物理与实验
第二章 PN结
引言
4-4 外延工艺：
外延是一种薄膜生长工艺，外延生长是在单晶衬底上沿晶体 原来晶向向外延伸生长一层薄膜单晶层。
外延工艺可以在一种单晶材料上生长另一种单晶材料薄膜。
外延工艺可以方便地形成不同导电类型，不同杂质浓度，杂 质分布陡峭的外延层。
外延技术：汽相外延(PVD，CVD）、液相外延（LPE）、分 子束外延（MBE）、热壁外延（HWE）、原子层外延技术。
硅平面工艺的主体
国家级精品课程——半导体器件物理与实验
第二章 PN结
引言
4-1 氧化工艺：
1957年，人们发现硅表面的二氧化硅层具有阻止杂质向硅内 扩散的作用。这一发现直接导致了氧化工艺的出现。 二氧化硅薄膜的作用： （1）对杂质扩散的掩蔽作用； （2）作为MOS器件的绝缘栅材料； （3）器件表面钝化作用； （4）集成电路中的隔离介质和绝缘介质； （5）集成电路中电容器元件的绝缘介质。 硅表面二氧化硅薄膜的生长方法： 热氧化和化学气相沉积方法。
N(x) （a）
Na
Nd xj
（b） -a(x - xj)
引言
扩 SiO2 散 结 N-Si
杂质扩散
P
N-Si
N-Si
由扩散法形成的P-N结，杂质浓度从P区到N区是
逐渐变化的，通常称之为缓变结，如图所示。设 P-N结位置在x=xj处，则结中的杂质分布可表示为： x
Na Nd (x xj), Na Nd (x xj)
Al
液体
Al
P
N-Si
N-Si
N-Si
把一小粒铝放在一块N型单晶硅片上， 加热到一定温度，形成铝硅的熔融体， 然后降低温度，熔融体开始凝固，在N 型硅片上形成含有高浓度铝的P型硅薄 层，它和N型硅衬底的交界面即为P-N 结（称之为铝硅合金结）。
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光刻工艺：
光刻工艺是为实现选择掺杂、形成金属电极和布线，表 面钝化等工艺而使用的一种工艺技术。
光刻工艺的基本原理是把一种称为光刻胶的高分子有机 化合物（由光敏化合物、树脂和有机溶剂组成）涂敷在 半导体晶片表面上。受特定波长光线的照射后，光刻胶 的化学结构发生变化。
如果光刻胶受光照（曝光）的区域在显影时能够除去， 称之为正性胶；反之如果光刻胶受光照的区域在显影时 被保留，未曝光的胶被除去称之为负性胶.
半导体器件原理
Principles of Semiconductor Devices
CCZU
第一章：pn结二极管
刘宪云 xyliu@
从物理到器件
引言
能带理论 统计物理
pn结二极管
肖特基二极管
双 极 晶 体 管
JFET、 MESFET、 MOSFET、
HEMT
欧姆接触
半导体器件基础 半导体器件接触的物理机制：-平衡时的能带图
硅表面二氧化硅薄膜的生长方法：热氧化和化学气相 沉积方法。
扩散工艺：由于热运动，任何物质都有一种从浓度高处向 浓度低处运动，使其趋于均匀的趋势，这种现象称为扩散。
常用扩散工艺：液态源扩散、片状源扩散、固-固扩散、双 温区锑扩散。
液态源扩散工艺：使保护气体（如氮气）通过含有扩散杂 质的液态源，从而携带杂质蒸汽进入高温扩散炉中。在高 温下杂质蒸汽分解，在硅片四周形成饱和蒸汽压，杂质原 子通过硅片表面向内部扩散。
用于集成电路制造
工艺中。PN 结面
积可大可小，用于
高频整流和开关电
路中。
13
半导体器件的特性与工作过程均与pn结有密切联系； 稳压电路和开关电路利用pn结基本特性来工作。 通过对pn结器件的分析
建立在讨论其他半导体器件时经常用到的基本术语和 概念； 分析pn结的基本技巧也适用于研究其它半导体器件；
SiO2
N Si N+
（f)腐蚀SiO2后 的晶片
•采用硅平面工艺制备结的主要工艺过程
SiO2
N Si N+
(g)完成光刻后去胶 的晶片
P Si N+
SiO2 N Si
(i)蒸发/溅射金属
金属
P Si N+
SiO2
N Si
(h)通过扩散（或离子注入） 形成 P-N结
金属
P Si
金属
N+
SiO2
N Si
（j） P-N 结制作完成
pn结二极管
电路符号
PN结+引- -线+ ++管壳=封装形成+晶（体P）二极管 -（N）
P
- - ++ - - ++
N
- - ++
D
类型：
面接触型
点接触型
平面型
PN结面积大，用于 工频大电流整流电路。
PN结面积小， 结电容小，用于 检波和变频等高 频电路。
理解和掌握pn结原理是学习半导体器件原理的关键。
14
本章学习要点：
1.pn结基本器件工艺； 2.掌握平衡状态下pn结的特性：内建电势、内建
电场及空间电荷区宽度等； 3.掌握pn结二极管的I-V特性； 4.了解pn结击穿。
第一章：pn结二极管
1.1 pn结的基本结构 1.2 pn结静态特性：平衡pn结 1.3 反偏 1.4 pn结电流 1.5 pn结的小信号模型 1.6 产生—复合电流 1.7 结击穿 1.8 隧道二极管
同质结与异质结 同型结与异型结
1、金属--半导体界面 第一个被研究的半导体器件。可作为 整流接触--肖特基势垒，或用作欧姆接 触。也可以得到其他许多器件，如 MESFET.
2、pn结
具有整流特性，广泛用于电子电路的 整流、开关及其他工作中。若再加一 p 型半导体，两个p-n 结构成 p-n-p双极 晶体管。
➢ 1950年美国人奥尔（R.Ohl）和肖克莱(Shockley) 发明的离子注入工艺。
➢ 1956年美国人富勒（C.S.Fuller）发明的扩散工艺。
➢ 1960年卢尔（H.H.Loor）和克里斯坦森 (Christenson)发明的外延工艺。
➢ 1970年斯皮勒（E.Spiller）和卡斯特兰尼 (E.Castellani)发明的光刻工艺。正是光刻工艺的 出现才使硅器件制造技术进入平面工艺技术时代， 才有大规模集成电路和微电子学飞速发展的今天。
离子注入技术： 将杂质元素的原子离化变成带电的杂质离子，在强电
场下加速，获得较高的能量（1万-100万eV）后直接轰击 到半导体基片（靶片）中，再经过退火使杂质激活，在半 导体片中形成一定的杂质分布。 离子注入技术的特点： ① 低温； ② 可精确控制浓度和结深； ③ 可选出一种元素注入，避免混入其它杂质； ④ 可在较大面积上形成薄而均匀的掺杂层； ⑤ 控制离子束的扫描区域,可实现选择注入,不需掩膜技术； ⑥ 设备昂贵。
3、异质结界面
具有两种半导体各自的pn结都不 能达到的优良光电特性
适于制作高速开关器件、太阳能 电池及半导体激光器等。
4、金属-绝缘体-半导体结构
若用氧化物代替绝缘体，可视为 M-O-S界面。 ULSL中最重要的MOSFET器件的 基本结构。
70年代以来，制备结的主要技术是硅平面工艺。硅平面 工艺包括以下主要的工艺技术：
采用硅平面工艺制备PN结的主要工艺过程
光刻胶
N Si
N+
(a)抛光处理后的 n型硅晶片
紫外光
N+
(b)采用干法或湿 法氧化工艺的晶片
氧化层制作
SiO2
N Si N+
(c)光刻胶层匀 胶及坚膜
掩模板
光刻胶 SiO2
N Si N+
（Si
N+
(e)曝光后去掉扩 散窗口胶膜的晶片
外延工艺：
外延是一种薄膜生长工艺，外延生长是在单晶衬底上 沿晶体原来晶向向外延伸生长一层薄膜单晶层。
外延工艺可以在一种单晶材料上生长另一种单晶材料 薄膜。
外延工艺可以方便地可以方便地形成不同导电类型， 不同杂质浓度，杂质分布陡峭的外延层。
外延技术：汽相外延、液相外延、分子束外延 （MBE）、热壁外延（HWE）、原子层外延技术。
上述工艺和真空镀膜技术，氧化技术加上测试，封装工 艺等构成了硅平面工艺的主体。
氧化工艺：
1957年人们发现硅表面的二氧化硅层具有阻止杂质向硅内扩 散的作用。这一发现直接导致了硅平面工艺技术的出现。
在集成电路中二氧化硅薄膜的作用主要有以下五条：
（1）对杂质扩散的掩蔽作用； （2）作为MOS器件的绝缘栅材料； （3）器件表面钝化作用； （4）集成电路中的隔离介质和绝缘介质； （5）集成电路中电容器元件的绝缘介质。