现代半导体器件第二讲
1.4
四、方块电阻：
半导体的导电性
l l l 1.电阻率 的公式：R R□ w s d w w 2.方块电阻R□的意义： l 方块电阻就是正方形薄层的电阻， 此时l＝W，与薄层的边长无关。
电流I
d
3.实际半导体器件中的R□计算： 考虑扩散薄层Xj厚度内杂质分布不均匀,则 N ( x) q
1. 解题关键： n ＝ND ＋ n 载流子公式即可求得。 ，再利用非平衡态下
5.非平衡态下半导体中少子的改变对其费米能级影响最大。
1.5
非平衡载流子
二、非平衡载流子的复合与寿命：
1.载流子的复合率R、产生率G和净复合率U ： a.平衡态下： U＝R－G＝0 b.非平衡态下：U＝R－G>0 或者 U＝R－G<0 2.非平衡态载流子的寿命τ (1)定义：非平衡态载流子从产生到复合消失的平均生 存时间。 (2)计算：以P型半导体为例：dn(t ) n(t ) 则移项得： dt
1.4
半导体的导电性
4. 杂质的补偿作用： (1)定义：施主能级上的电子在电离进入导带前，首先 填充ED更低的EA能级后才去占取导带中的能级，这 种施主能级和受主能级之间的相互作用。 (2)适用范围：同时存在受主和施主杂质的半导体。 (3)载流子浓度计算公式： n0=ND-NA, p0=ni2/(ND-NA) (4)示意图：
dx dx
x x
dN ( x) d n ( x ) Dn A dx dx
x x x
U
n( x)
AS1 AS 2 A x
d n( x) Dn dx
d n( x) x x x Dn dx x
x x
1.5
dn( x) dx
非平衡载流子
dn( x) dx
S面积
再根据漂移速度和电场的关系：V＝μE (迁移率μ:为单位电场作用下载流子的漂移速度) jn＝σnE＝nqμnE， jp＝σpE＝pqμpE
1.4
半导体的导电性
1. 为什么低掺杂浓度下μ随温度T 的增大而减小？ 三、迁移率： 2. 为什么电子的迁移率要大于空穴的迁移率？
所以半导体的电导率公式： 本征半导体：σ＝ σn＋ σp＝ni q (μn+μp) P型半导体：σp＝p q μp N型半导体：σn＝n q μn
1. 2 解题关键：根据掺杂半导体费米能级位置可判定半导体类型。
1.2 已知某掺杂硅的费米能级比本征费米能级高 0.26 eV，求其导带电子浓度和价带空穴浓度。
1.3 硅中掺入硼、磷、镓浓度依次为1016cm－3,1016cm－3, 1015cm－3,问该材料是N型半导体还是P型半导体,其 导带电子浓度和价带空穴浓度各为多少？
第一章 半导体物理基础
1.1 半导体的形成与能带 1.2 本征半导体 1.3 杂质半导体 1.4 半导体的导电性 1.5 非平衡载流子
1.4
半导体的导电性
一、费米能级和载流子浓度
1. 费米能级(EF)的提出：费米分布函数 f(E) (1) 电子占据能量为E能级的几率 f ( E )
1 1 e
1 Xj
X
j
0
R□
1 X j X j q X j N ( x)dx
0
1 ( x ) dx Xj 1
X
j
0
N ( x ) q dx
1.4
半导体的导电性
4. 方块电阻与掺杂层中的杂质总量成反比。
例题：
1.4 实验测出某均匀掺杂的N型硅片的电阻率为2Ωcm， 试估算施主掺杂浓度？
_
定义τ为无数次碰撞间隔时间的平均值，
qE V * m
_
(m*为载流子的有效质量) _
1.V 和τ关系的推导？ 2. μ和τ的关系？
上一节 回忆
(1)杂质半导体和本征半导体的区别是什么，杂质半导 体按其所掺杂质的类型来分可分为几类？ (2)什么叫做杂质的补偿作用？ (3)半导体电导率的计算公式是什么？ (4)平均自由时间的定义是什么，它具有何种物理意义？
q
复习爱因斯坦关系的推导？
4. 一维稳态下扩散少子分布的计算： 以P型半导体为例，则电子为少子。
1.5
非平衡载流子
dx A P-Si
x x+Δx 从x处扩散进来的电子数为:AS1 Dn A dN ( x) Dn A d n( x) 从x＋Δx处扩散出的电子数为：
AS 2 Dn A
1.3 解题关键：考虑半导体杂质的补偿作用。
1.4
半导体的导电性
二、电导率和电阻率：
1. 微分形式的欧姆定律： j＝σE (半导体各点电流的不均匀性) 2.载流子漂移电流密度的计算：
qnV体积 nqvn tS面积 jn ＝ ＝nqvn 1 nqvn S面积 S面积
t
Vn
同样
jp=pqvp，
dn(t ) dt nt
n(t ) Ae
t /
，在t＝0时，即初始时的
t /
载流子浓度 n(0) ， 所以n(t ) n(0)e
。
1.5
例题：
非平衡载流子
1.6. 一块半导体硅材料,其非平衡载流子寿命为20μs, 求经过40μs后载流子衰减到原来的百分之几？
三、非平衡载流子的扩散和漂移运动：
1.非平衡态载流子的运动形式 ： a.由于浓度梯度导致的扩散运动； b.在电场下的漂移运动。 2.扩散运动中的三个重要参数： (1)扩散流密度S：单位时间通过单位面积的载流子总量。 J＝S q，
dN ( x) S D dx
1.5
非平衡载流子
(2) 扩散系数D： a. 不同材料的D值不同。 b. 相同材料的Dn和Dp值也是不同的。 c. 扩散系数和掺杂浓度以及温度大小相关。 (3) 载流子扩散长度L定义：载流子的非平衡态浓度 n( x) n(0)e 1时所对应的扩散距离x值。 3. 爱因斯坦关系 ： D kT 。 1.
1. 解题关键：知道电阻率和电导率的倒数关系，及 电导率和迁移率的关系式。可查数据库 得到N型硅片的电子迁移率。
第一章 半导体物理基础
1.1 半导体的形成与能带 1.2 本征半导体 1.3 杂质半导体 1.4 半导体的导电性 1.5 非平衡载流子
1.5
非平衡载流子
一、非平衡态载流子浓度：
1.非平衡态载流子的产生： a.光照条件 b.PN结两端施加电压(载流子的注入和抽取) 2.非平衡态的定义：有非平衡态载流子存在时半导体 所处的状态。(价带中的电子从外界吸收能量跃迁到 导带，价带中空穴和导带中电子分别增加 p 和 n ) 3.非平衡态的特点： a.导带和价带各自的内部是符合费米分布的平衡态。 b.导带和价带之间是不平衡的，EFn和EFp是不重合的。 (EFn和EFp是非平衡态下的导带和价带的准费米能级)
(a)当 x ∞时， n( x ) ＝0，则可推断：B＝0 (b)当 x 0 时， n(0) ＝A 可知 n( x ) 与τ的关系 n( x) n(0)e x /
Dn
n(0)e x / Ln
1.5
非平衡载流子
作 业
1. 31页思考题2，6。 2. 31页习题1.6,1.8。 3. 空穴是否为半导体中真实存在的载流子？为什么？ 它是如何参与导电的？ 4. ni的含义是什么，它为什么是温度T的函数？
对方程两边取极限，当 x 0 时：
lim ( n( x) ) lim Dn
x x x Dn x x
x 0
x 0
x
d 2 n( x) Dn dx 2
Dn
由线性微分方程求解得： n( x) Ae x / 再根据 n( x) 的边界条件：
Be
Байду номын сангаасx / Dn
1.4
半导体的导电性
3. 平衡载流子浓度： (1)热平衡状态：每秒钟复合的电子－空穴对与每秒钟 产生的电子－空穴对数相等，电子和空穴数达到稳 定值。 (n0，p0分别代表平衡状态的载流子浓度) (2)多数载流子(多子)和少数载流子(少子)： P型半导体：电子为少子，空穴为多子。 N型半导体：电子为多子，空穴为少子。 (3)定义：单位体积内半导体中载流子个数的总和。 (4)计算公式：n0p0=ni2 (适用于低掺杂半导体≤1017/cm3) P型半导体：p0＝NA 室温下半导体中的杂质完全电离 N型半导体：n0＝ND
1.迁移率的意义：反映半导体导电能力的重要参数。 2.迁移率的影响因素： a.材料：不同材料的迁移率不同。 b.载流子的种类：同一种材料电子的迁移率大于空穴。 c.掺杂浓度：迁移率随着掺杂浓度的增大而减小。 d.温度：低掺杂浓度，μ随T 的增大而减小。 高掺杂浓度，μ随T 的增大而趋于平缓。
1.4
1.5
n ni e
( E Fn E i ) / kT
非平衡载流子
p ni e
( E i E F p ) / kT
4.非平衡态下的导带电子和价带空穴浓度的公式：
例题：
1.5 掺施主杂质浓度为1016cm－3的N型硅由于光照而产生 非平衡态载流子n = p=1015cm-3，试计算此种情况下 准费米能级的位置，并和原费米能级进行比较？
半导体的导电性
3.载流子的散射： 半导体中载流子在运动的过程中不断与晶格中的 原子、缺陷和杂质离子发生碰撞而改变运动方向。 4.平均漂移速度 V 和平均自由时间τ的计算： 经过时间t (碰撞间隔时间) 的速度 V at F* t qE t *
m _ qE t 则时间t内的平均速度: V ＝(V+0)/2 * m 2 m
E EF kT
E EF kT E EF kT
(2) 空穴占据能量为E能级的几率1 f ( E )
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第二讲 半导体二极管及应用
导通:u 导通 D=Uon+ID×rD 截止: 截止 iD=0
2、交流小信
Q
UD
ID
id
+
id
+ -
uD =UD +ud
uD
-
rd
ud
交流小信号模型
当在二极管的工作点上叠加有低频交流小信号电压ud时， 只要工作点选择合适， 足够小，可将Q点附近的伏安特性 只要工作点选择合适，且ud足够小，可将 点附近的伏安特性 线性化)， 曲线看成直线(线性化 曲线看成直线 线性化 ，则交流电压与电流之间的关系可用一 来近似。 个线性电阻rd来近似。 rd ——工作点处的交流电阻。 rd = UT / ID 工作点处的交流电阻。 ★注意：小信号模型只能反映交流电压和电流之间的关系， 注意：小信号模型只能反映交流电压和电流之间的关系， 不能反映总的电压与电流的关系。 不能反映总的电压与电流的关系。
3、二极管的伏安特性曲线与材料和温度的关系： 二极管的伏安特性曲线与材料和温度的关系： iD 锗 硅 iD 80 20
0
uD
0
uD
材 料 硅 锗
导通 反向饱 开启 电压 压降 和电流 0.5V 0.6~0.8V <1A 0.1V 0.2~0.3V 几十 几十A
温度升高， 增大(1倍 ° 温度升高， IS增大 倍/10°C) 下降， 温度升高， 温度升高，Uon下降， 正向曲线左移2~2.5mV/ °C。 正向曲线左移 。
IZ
电击穿有两种： 电击穿有两种： 雪崩击穿 齐纳击穿
击穿 低掺杂的 高掺杂的 结 结 原因 PN结， PN结，价 价电子被 电子被场 碰撞电离 致激发 如果反向击穿时，电流过大， 如果反向击穿时，电流过大，使 >6V <4V 击穿 管子消耗的平均功率超过二极管 电压 容许值，会使管子过热而烧毁， 容许值，会使管子过热而烧毁， >0 <0 温度 为不可逆击穿。 称为热击穿，为不可逆击穿。 电击穿可利用，热击穿需避免。 *电击穿可利用，热击穿需避免。 系数
半导体器件物理2精品PPT课件
线性缓变结：在线性区 N (x) ax
2.1 热平衡PN结
2.1 热平衡PN结
p
EC
EF EV
n
EC EF EV
p
漂移
p
扩散
n
E
扩散 q0
EC
n
EF
Ei
EV 漂移
（a）在接触前分开的P型和N型硅的能带图 图2-3
（b）接触后的能带图
2.1 热平衡PN结
p 型电中性区
边界层
边界层
耗尽区
n 型电中性区
• 由P型半导体和N型半导体实现冶金学接触（原子级接 触）所形成的结构叫做PN结。
• 任何两种物质（绝缘体除外）的冶金学接触都称为结 （junction）,有时也叫做接触（contact）.
引言
• 由同种物质构成的结叫做同质结（如硅），由不同 种物质构成的结叫做异质结（如硅和锗）。由同种 导电类型的物质构成的结叫做同型结（如P-硅和P型硅、P-硅和P-型锗），由不同种导电类型的物质 构成的结叫做异型结（如P-硅和N-硅、P-硅和N－ 锗）。因此PN结有同型同质结、同型异质结、异型 同质结和异型异质结之分。广义地说，金属和半导 体接触也是异质结，不过为了意义更明确，把它们 叫做金属－半导体接触或金属－半导体结（M-S结）。
2.2 加偏压的 P-N 结
2.2 加偏压的 P-N 结
• 2.2.1加偏压的结的能带图
能量 （E ）
P
N
W
（a ）
q 0 EC EF
（a）热平衡，耗尽层宽 度为 W
W
P
N
V
+
能量
（E ）
E Fn
E Fp
（b ）
2-1PN结及二极管
半导体的电阻率为10-3～109 cm。典型的半 导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 特点:导电能力可控(受控于光、热、杂质等)
2020/1/20
2
2.1.1 半导体及PN结
1.本征半导体
(1)本征半导体的共价键结构 (2)空穴的移动 (3)电子空穴对
本征半导体——化学成分纯净的半导体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到 99.9999999%，常称为“九个9”。 它在物理结构上呈单晶体形态。
2020/1/20
17
② PN结反偏时 ——截止
外在加一的定反的向温电度压条有件一下部，分由降本落征在激P发N结决区定，的方少向子与浓 P度N结是内一电定场的方，向故相少同子，形加成强的了漂内移电电场流是。恒内定电的场，对基多子 扩本散上运与动所的加阻反碍向增电强压，的扩大散小电无流关大，大这减个小电。流此也时称P为N结 区反的向少饱子和在电内流电。场的作用下形成的漂移电流大于扩散 电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。
PN结=空间电荷区=耗尽层=内电场=势垒区＝阻挡层
2020/1/20
14
两种载流子的运动 动态平衡时
PN结 总电流I=0
空间电荷区宽度稳定
两种运动：
扩散（浓度差）
两种电流：
扩散电流
漂移（电场力） 漂移电流
2020/1/20
15
(2) PN结的单向导电性
在PN结两端外加电压通常叫做偏置。
如果外加电压使PN结中： P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压 ，简称正偏；
2020/1/20
3
（1）本征半导体的共价键结构
硅(锗)的原子结构
简化模型
价电子 (束缚电子)
硅晶体的空间排列 共价键结构平面示意图
2020/1/20
2
2.1.1 半导体及PN结
1.本征半导体
(1)本征半导体的共价键结构 (2)空穴的移动 (3)电子空穴对
本征半导体——化学成分纯净的半导体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到 99.9999999%，常称为“九个9”。 它在物理结构上呈单晶体形态。
2020/1/20
17
② PN结反偏时 ——截止
外在加一的定反的向温电度压条有件一下部，分由降本落征在激P发N结决区定，的方少向子与浓 P度N结是内一电定场的方，向故相少同子，形加成强的了漂内移电电场流是。恒内定电的场，对基多子 扩本散上运与动所的加阻反碍向增电强压，的扩大散小电无流关大，大这减个小电。流此也时称P为N结 区反的向少饱子和在电内流电。场的作用下形成的漂移电流大于扩散 电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。
PN结=空间电荷区=耗尽层=内电场=势垒区＝阻挡层
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14
两种载流子的运动 动态平衡时
PN结 总电流I=0
空间电荷区宽度稳定
两种运动：
扩散（浓度差）
两种电流：
扩散电流
漂移（电场力） 漂移电流
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(2) PN结的单向导电性
在PN结两端外加电压通常叫做偏置。
如果外加电压使PN结中： P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压 ，简称正偏；
2020/1/20
3
（1）本征半导体的共价键结构
硅(锗)的原子结构
简化模型
价电子 (束缚电子)
硅晶体的空间排列 共价键结构平面示意图
第二讲-肖特基势垒二极管
第2章 微波半导体基础
3.
一般地，肖特基势垒二极管的伏安特性可表示为
I =f
U
IS
exp
qU nkT
1
(2-39)
IS exp U 1
式中：
q nkT
。与理想金半接触伏安特性公式(2-29)相比
较，式(2-39)多了一个修正因子n。对于理想的肖特基势垒，
n=1；当势垒不理想时，n>1，且点接触型二极管n>1.4，面
(2-44) 式中：Jn(x)(n=0，1，2，…)是n阶第一类变态贝塞尔函数， x为宗量。其中的直流分量Idc和相应于交流偏压的各次谐波 电流幅度In:
Idc=IS exp(αUdc)J0(αUL) In=IS exp(αUdc)Jn(αUL)(n=1，2，3，…) (2-45)
第2章 微波半导体基础
第2章 微波半导体基础
(2) 不同的点接触管在生产时压接压力不同，使得肖特 基结的直径不同，因此性能一致性差，可靠性也差。面结合 型管采用平面工艺，因此性能稳定，一致性好，不易损坏。
图2-29给出一种面结合型二极管的结构图和等效电路， 从中可以看出各部分的结构尺寸量级。通常，这种管芯要进 行封装才能方便地使用。 肖特基势垒二极管的典型封装结 构可采用“炮弹”式、微带式、SOT贴片式等，如图2-30所 示。
其中的直流分量idc和相应于交流偏压的各次谐波电流幅度iexpudcexpudcn123?245244微波半导体基础交流偏压的基波电流幅度iexpudc246根据贝塞尔函数的大宗量近似式当u2idc247微波半导体基础二极管对交流信号所呈现的电导为交流偏压一定时gdc的增大而增大借助于udc来调节dc可以改变g肖特基势垒二极管的主要特性参量有四个
第二讲半导体器件物理基础
np ni2
p n Nd Na 0
N 型半导体： Nd Na Nd ni
则 n Nd , p ni2 / Nd
P 型半导体： P Na , n pi2 / Na
4.费米能级的确定
双极性器件物理 Physics of Semiconductor Devices
（1）本征费米能级 EFi
N
型半导体： n
Nd
Nc
exp[
(Ec EF )] kT
则 EF
kT
ln
Nc Nd
Ec
P
型半导体：
p
Na
Nv
exp[
(EF Ev )] kT
则 EF
Ev
kT
ln
Nv Nd
另外一种表达方式：
EF
EFi
kT
ln( n0 ni
)
EFi
EF
kT
ln(
p0 ) ni
对于均匀掺杂的半导体，在平衡条件下，费米能级是与位置无关的不变量。
（2） 在非平衡时，产生和复合之间的相对平衡就打破 非平衡载流子的净复合=复合率-产生率 复合率与寿命的数学关系：
U n or p n p
二.基本方程
（一）泊松方程--Poisson Equation 泊松方程为△φ=f 在这里 △代表的是拉普拉斯算符(也就是哈密顿算符▽的平方)，拉普拉斯算子通常表示
（二）载流子输运与迁移率
1.载流子输运 一般工作条件下，载流子输运有三种基本形式： （1） 漂移：载流子在外加电场的作用下的定向运动，所形成的电流成为漂移电流； （2） 扩散：由于载流子浓度的不均匀而造成的定向运动，所形成的电流为扩散电流；
双极性器件物理 Physics of Semiconductor Devices
《半导体的基本知识》PPT课件
2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3
杂质半导体中，尽管掺入的杂质浓度很小， 但通常由杂质原子提供的载流子数却远大于本征
载流子数。
整理ppt
1.1.2 杂质半导体
4.杂质半导体的性质：
1.杂质半导体保持电中性 多子电荷总量=少子+离子电荷总量。
2.载流子仍为自由电子和空穴. 3.掺入杂质后，载流子浓度大大增加,导电能力 增强.多子的浓度主要由掺杂浓度决定,所以受温度影 响小.
导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。
绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。
半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。
整理ppt
1.1.2 杂质半导体
• 半导体特性
掺杂特性 掺入杂质则导电率增加几百倍
热敏特性 温度增加使导电率大为增加
半导体器件 热敏器件
光敏特性 光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势
本小 节的 有关 概念
•本征半导体、杂质半导体 •施主杂质、受主杂质 •N型半导体、P型半导体 •自由电子、空穴 •多数载流子、少数载流子
磷（P）
整理ppt
1.1.2 杂质半导体
N 型半导体中的载流子是什么？
1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2.本征激发成对产生的电子和空穴。 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以， 自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多 数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少 子）。
# 正离子不能自由运动，不能自由运动参加导电，不是载流子。
杂质半导体中，尽管掺入的杂质浓度很小， 但通常由杂质原子提供的载流子数却远大于本征
载流子数。
整理ppt
1.1.2 杂质半导体
4.杂质半导体的性质：
1.杂质半导体保持电中性 多子电荷总量=少子+离子电荷总量。
2.载流子仍为自由电子和空穴. 3.掺入杂质后，载流子浓度大大增加,导电能力 增强.多子的浓度主要由掺杂浓度决定,所以受温度影 响小.
导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。
绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。
半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。
整理ppt
1.1.2 杂质半导体
• 半导体特性
掺杂特性 掺入杂质则导电率增加几百倍
热敏特性 温度增加使导电率大为增加
半导体器件 热敏器件
光敏特性 光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势
本小 节的 有关 概念
•本征半导体、杂质半导体 •施主杂质、受主杂质 •N型半导体、P型半导体 •自由电子、空穴 •多数载流子、少数载流子
磷（P）
整理ppt
1.1.2 杂质半导体
N 型半导体中的载流子是什么？
1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2.本征激发成对产生的电子和空穴。 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以， 自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多 数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少 子）。
# 正离子不能自由运动，不能自由运动参加导电，不是载流子。
第二讲 肖特基势垒二极管
第2章 微波半导体基础
(2) 不同的点接触管在生产时压接压力不同，使得肖特
基结的直径不同，因此性能一致性差，可靠性也差。面结合 型管采用平面工艺，因此性能稳定，一致性好，不易损坏。 图2-29给出一种面结合型二极管的结构图和等效电路， 从中可以看出各部分的结构尺寸量级。通常，这种管芯要进 行封装才能方便地使用。 肖特基势垒二极管的典型封装结 构可采用“炮弹”式、微带式、SOT贴片式等，如图2-30所 示。 肖特基势垒二极管还有其他一些变形：将点接触和平面 工艺优点结合起来的触须式肖特基势垒二极管，取消管壳、 靠加厚的引线来支撑的梁式引线肖特基势垒二极管等。
U d c + U L co s L t
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(2-42) 根据式(2-39)得 g(t)=α［i(t)+IS］≈αi(t)=αIS［exp(αUdc+αUL cosωLt)－1］ (2-43) 图2-33(b)给出了这个电导曲线的示意图，可以看出，瞬 时电导g(t)也随时间作周期性变化。
第2章 微波半导体基础
5. 肖特基势垒二极管的其他问题
肖特基势垒二极管的主要用途是构成混频器和检波器， 使用场合不同，对器件的要求也不同。下面简要介绍工程设 计中需要考虑的一些问题。 1) 势垒高度 势垒高度决定正向驱动电压，影响动态范围、噪声系数 和接收灵敏度，它与所要求的本振功率密切相关。表2-3给 出势垒高度应用情况。
in 2 q IB
2
(2-51)
式中：I是二极管的工作点电流；B是噪声带宽。
第2章 微波半导体基础
图 2-34
肖特基势垒二极管噪声等效电路
《现代半导体器件物理》课程介绍
《现代半导体器件物理》课程介绍现代半导体器件物理是电子信息类专业中的一门重要课程，它深入解析了半导体器件的物理原理、结构及工作原理等方面的知识。
本文将从课程内容、学习方法与应用前景三个方面介绍现代半导体器件物理。
一、课程内容现代半导体器件物理主要包括以下几个方面的内容：1.半导体基础知识：介绍半导体材料的基本特性以及晶体结构、能带理论、载流子的产生与输运等相关知识，为后续学习奠定基础。
2. pn结与二极管：讲解pn结的形成原理、二极管的工作原理以及常见二极管的特性参数和应用。
3. 势垒结与MOSFET：介绍势垒结的形成原理、MOSFET的结构和工作原理，详细分析MOSFET的静态和动态特性。
4. 双极型晶体管：讲解双极型晶体管的结构、工作原理和特性，深入分析放大器和开关电路的设计与应用。
5. 光电器件：介绍光电二极管、光电导、光电晶体管等光电器件的结构、特性及应用。
二、学习方法学习现代半导体器件物理需要掌握一定的学习方法，以下几点可以帮助学生更好地掌握该课程：1.理论与实践结合：理论知识与实际案例相结合，通过实验操作加深对理论的理解和记忆。
2.多角度思考：通过分析不同角度的问题，培养学生的思维能力，拓宽学生的视野。
3.积极参与讨论：与同学一起探讨问题，互相交流，共同解决难题。
4.多做习题：通过大量的习题练习，加深对知识点的理解和记忆，提高解决问题的能力。
5.查阅相关文献：利用图书馆和互联网资源，查阅相关文献，了解最新的研究成果和应用案例。
三、应用前景现代半导体器件物理是电子信息领域的基础课程，其应用前景广阔。
随着信息技术的飞速发展，半导体器件在通信、计算机、消费电子等领域的应用越来越广泛。
1.通信领域：半导体器件在通信领域扮演着重要角色，如光纤通信、无线通信、卫星通信等，都离不开半导体器件的支持。
2.计算机领域：半导体器件是计算机的核心组成部分，如集成电路、处理器、存储器等，它们的性能和功能都与半导体器件的发展密切相关。
现代半导体器件知识讲义
晶体外延
外延是在单晶上生长一层同质或异质的薄膜层。衬底晶片可以作为晶体籽 晶，与先前描述的单晶生长不同在于外延生长温度低于熔点许多（30~50 %），常见的外延工艺有：CVD和MBE。
化学气相沉积（CVD）也称为气相外延（Vapor－phase epitaxy，VPE） 是通过气体化合物间的化学作用而形成外延层的工艺，CVD工艺包括常 压（APCVD）和低压（LPCVD）。
此时液体中剩下的重量为M0－M，液体中的掺杂浓
度Cl
S
Cl M 0 M
(3)
结合（2）、（3），将（1）代入可得
dS S
k0
dM M0 M
(4)
若初始掺杂重量为C0M0，积分（4）可得
S dS
M dM
C0M0 S k0 0 M 0 M
(5)
解出（5）式，且结合（3）式可得
Cs
k0C0 (1
线缺陷，亦称位错－刃形和螺旋。
面缺陷－孪晶和晶粒间界。
反映孪晶 旋转孪晶
小角度晶界
体缺陷－杂质或掺杂原子的 析出现象。这些缺陷的产生 是由在主晶格中 的固溶度引起的。
材料特性
另外，因固溶度造成析 出的氧，可利用来吸杂。 吸杂－指从晶片上制造 器件的区域除去有害杂 质或缺陷的过程。当晶 片受高温处理，氧会从 表面挥发，造成表面附 近有较低的氧含量，形 成了无缺陷区，用于制 造器件。
因为
Cs
ke
S
Ad L
，从上式可得
Cs keClekex / L
因此，如果Kex/L很小，则除了在最后凝固的尾端外，Cs在整个距离中几乎 维持定值。
对某些开关器件而言，如高压可控硅。必须用到大面积芯片，对均与度 要求较高。采用中子辐照工艺。
半导体器件2修改版
N＋埋层用于降低集 电极串连电阻
8.3 BJT的工作原理（NPN管）
BJT在工作时一定要加上适当的直 流偏置电压。若在放大工作状态： 发射结加正向电压，集电结加反 向电压。 发射结正偏，集电结反偏。
下面以NPN管为例介绍晶体 管的放大作用。基本共射放大电 路如右图。
C B
E
c
＋
UCB c区
－
b b区
(b) 共发射极
(c) 共集电极
NPN型BJT三极管的共发射极连接
结点电流：IE = IB + IC
制备工艺
(1) PN结隔离的纵向NPN管
(2)混合隔离的纵向NPN管
1.制备埋层（氧化(SiO2)-光刻-埋层扩散-去氧化层）
（N+ 提供集电极电流的低阻通路）
N+
N+
P
P
–进行大剂量As+注入并退火，形成n+埋层 –利用HF腐蚀掉硅片表面的氧化层
流增益。
I En I En
I E I Ep I En
(NPN型)
IEp IEp (PNP型)
IE IEp IEn
✓基区输运系数：成功进入集电区的少数载流子占注入到基区的少
数载流子的比例。 0≤ T≤1，在基区中复合的载流子越少， T越大，
其尽可能接近1时，BJT电流增益越大。
T
I Cn I En
边界条件-1
• 基区
0
DB
d 2pB dx2
pB
B
P+N
0
W
X
pB (0)
p (eqVEB / kT B0
1)
pB (W ) pB0 eqVCB / kT 1