氧化物半导体材料ppt课件
金属-氧化物-半导体场效应管(MOS-FET)
R 'L R d // R L
gm rbe
②输入电阻
Ri
Vi
.
Rg
V 'o I 'o
R L Vs 0 ,
Ii
③输出电阻
Ro
Rd
4.1.2 共漏放大电路
共漏 共集
(1)静态分析 VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2) VGS= VG－VS= VG－IDR ID= IDSS[1－(VGS /VP)]2 VDS= VDD－IDR
反映VGS对ID的控制作用 gm=ID/VGS VDS=const (单位mS) (毫西门子)
gm可以在转 移特性曲线上求取，即曲线的斜率
(3) 安全参数 ① UBRXX——反向击穿电压 XX：GS、DS ② PDM——最大漏极功耗 由PDM= VDS ID决定 做开关管使用时目前用Ron ID2 评估
双极型三极管
噪声 较大
温度特性 受温度影响较大 输入电阻 几十到几千欧姆 静电影响 不受静电影响
场效应三极管
较小
较小，可有零温度系数点 几兆欧姆以上 易受静电影响 适宜大规模和超大规模集成
集成工艺 不易大规模集成
4.1
FET放大电路应用
双极型三极管
场效应三极管
CCCS
两点不同：
VCCS
受控源类型
③输出电阻
Ro
I 'o
V 'o I 'o
R L 0 s 0 ,V
I 'o
V 'o V 'o 1 R gm
V 'o - g m Vgs R
V 'o ＝ - Vgs
尼曼-半导体物理与器件@第四版@对应PPT@第十章
加小正栅压的p型 衬 底 MOS 电 容 器 的能带图
资源整合，共享知识第十章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础
4
半导体物理与器件 第四版对应课件 Semiconductor Physics and Devices Basic Principles by Neamen
主要内容
• 双端MOS结构 • 电容-电压特性 • MOSFET基本工作原理 • 频率限制特性 • 小结
资源整合，共享知识第十章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础
1
半导体物理与器件 第四版对应课件 Semiconductor Physics and Devices Basic Principles by Neamen
p型半导体在 阈值反型点 时的能带图
表面处的电子浓度等于体内的空穴浓度，该条件称为阈值反型
点，所加栅压为阈值电压。当外加栅压大于这一值之后，其变
化所引起的空间电荷区变化很小。空间电荷区最大宽度xdT为
xdT
4 s fp
eNa
12
此时es 2e fp
资源整合，共享知识第十章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础
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半导体物理与器件 第四版对应课件 Semiconductor Physics and Devices Basic Principles by Neamen
对于n型衬底MOS电容器
电势fn同样是EFi和
EF之间的势垒高度：
fn
Vt
ln
Nd ni
xdT
4 s fn
eNd
12
此时同样es 2e fn
资源整合，共享知识第十章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础
金属氧化物半导体材料
金属氧化物半导体材料金属氧化物半导体材料（Metal Oxide Semiconductor，简称MOS）是一类重要的半导体材料，具有广泛的应用前景。
本文将从材料特性、制备方法、应用领域等方面进行阐述。
一、材料特性金属氧化物半导体材料具有许多独特的特性。
首先，它们具有高的载流子迁移率，这使得它们在电子器件中具有较好的导电性能。
其次，金属氧化物半导体材料具有较宽的能带间隙，从而使得其在光电器件中具有较高的光吸收能力。
此外，金属氧化物半导体材料还具有良好的化学稳定性和热稳定性，能够在恶劣的环境条件下工作。
二、制备方法金属氧化物半导体材料的制备方法多种多样，常见的方法包括溶液法、气相沉积法和物理气相沉积法等。
其中，溶液法是一种简单、成本低、适用于大面积制备的方法。
通过溶液法可以制备出高质量的金属氧化物薄膜，用于制备光电器件。
气相沉积法和物理气相沉积法则适用于制备金属氧化物晶体材料，具有较高的晶体质量和较好的薄膜均匀性。
三、应用领域金属氧化物半导体材料在各个领域都有广泛的应用。
在电子器件方面，金属氧化物半导体材料可用于制备场效应晶体管（MOSFET）、光电二极管、太阳能电池等。
其中，场效应晶体管作为现代集成电路的核心器件之一，广泛应用于计算机、通信等领域。
在光电器件方面，金属氧化物半导体材料可用于制备光伏材料、光电导材料等，具有较好的光吸收能力和光电转换效率。
此外，金属氧化物半导体材料还可用于传感器、储能器件等方面，具有重要的应用价值。
总结：金属氧化物半导体材料作为一类重要的半导体材料，具有高的载流子迁移率、较宽的能带间隙、良好的化学稳定性和热稳定性等特性。
其制备方法多样，包括溶液法、气相沉积法和物理气相沉积法等。
金属氧化物半导体材料在电子器件、光电器件、传感器等领域都有广泛的应用。
随着科技的不断发展，金属氧化物半导体材料的研究和应用将会进一步拓展，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
金属氧化物半导体场效应晶体管
• 工作在饱和区时，MOS管的正向受控作用， 服从平方律关系式： IDS
ID
nCOXW
2l
(VGS
VGS(th) )2
VTn
VDS Consant
VGS
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• 转移特性曲线反映VDS为常数时，VGS对ID的 控制作用,可由输出特性转换得到。
ID/mA
VDS = 5V
ID/mA VDS = VGS –VGS(th)
VGS =5V
4.5V
4V 3.5V
0 1 2 3 4 5 VGS /V 0 VDS = 5V
VDS /V
转移特性曲线中,ID ≈0 时对应的VGS值, 即开启电压VGS（th） 。
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NEMOS管输出特性曲线
• 输出特性曲线可划分四个区域：非饱和区、饱和 区、截止区、击穿区。
非饱和区（又称可变电阻区） 特点：ID同时受UGS 与UDS的控制。
金属-氧化物-半导体绝缘栅型场效应管 (Metal-Oxide-Semiconductor type FET)
• MOSFET由一个MOS电容和靠近MOS栅控区域的两
个PN结组成。
•
Source Gate
w
栅
Drain
氧化层
SiO2
硅衬底
n
源区－沟道区－漏区
n
Body
12
• 结构
N沟道增强型MOSFET
的下方。此时， vBE小于死区电压。此时，
发射结和集电结均反向偏置
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皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
• 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下：
n型氧化物半导体
n型氧化物半导体氧化物半导体（Oxide Semiconductor）是指以氧化物为主体材料的半导体。
n型氧化物半导体则是指掺杂了电子的氧化物半导体。
它具有良好的导电性能和强的兼容性，是制备高性能电子器件的关键材料之一。
下面，我们来逐步介绍n型氧化物半导体的制备和性能特点。
第一步：制备制备n型氧化物半导体的常用方法是通过离子掺杂和退火。
掺杂过程可以通过加热氧化物材料的方式，将外部离子引入材料内部，从而改变材料的电子结构。
此外，在掺杂之后需要进行退火处理，以消除掺杂过程中产生的缺陷、改善材料结构和强化掺杂效果。
经过多次研究和改进，如今已经实现了高质量、高纯度的n型氧化物半导体的快速制备。
第二步：性能特点n型氧化物半导体的最大特点就是其强的导电性能。
它能够在高温下稳定地导电，同时因其独特的兼容性表现，可以很好地兼容其他材料和工艺，满足不同电子器件的要求。
此外，n型氧化物半导体被广泛应用于高性能晶体管、太阳能电池、传感器、能源存储等领域，并在半导体照明、通信、光电显示、高频电子等领域有广泛的应用。
可以说，n型氧化物半导体已经成为现代化科技产业中无法或缺的关键材料之一。
第三步：未来展望随着科技的不断发展，n型氧化物半导体在未来的应用领域也将更加广泛。
未来将会有更多的电子器件采用n型氧化物半导体作为基础材料，用以提高器件性能，提高器件寿命并降低能耗。
同时，科研工作者还将继续改进和研究这种材料的性能和应用。
我们相信，未来这种材料的应用前景将会更加广泛，我们也期待着未来更多的应用场景出现，推动人类社会的产业革命和科技创新，促进人类文明发展。
总之，n型氧化物半导体作为关键材料，被广泛用于现代科技产业，其制备方法和性能特点也逐渐得到了更好的理解和应用。
在科学家的不断探索下，它的应用前景不断拓展，我们希望它能为人类社会的发展进步作出更大的贡献。
半导体刻蚀工艺简介PPT
除了Cl和F的气体外，溴化氢(HBr)也是一种常用的气 体，因为在小于0.5µm的制程中，栅极氧化层的厚度将小 于10 nm，用HBr等离子体时多晶硅/ SiO2的刻蚀选择比 高于以Cl为主的等离子体。
在本作业中，将介绍现今较为常用的刻蚀设备。
1.反应离子刻蚀机
反应离子刻蚀机系统中包含了一个高真空的反应腔， 腔内有两个呈平行板状的电极，一个电极与腔壁接地，另 一个电极则接在射频产生器上，如图7-2(a)所示。这种刻 蚀系统对离子有加速作用，使离子以一定的速度撞击待刻 薄膜，因此刻蚀过程是物理与化学反应的共同进行。
刻蚀分三步进行：
①刻蚀剂扩散至待刻材料的表面；
②刻蚀剂与待刻材料反应；
③反应产物离开刻蚀表面扩散至溶液当中，随溶液排出。 缺点：湿法刻蚀多是各向同性的，在将图形转移到硅片上 时，刻蚀后会向横向发展，这会造成图形失真，不适合得 到3µm以下的线宽。
要控制湿法刻蚀的速率，通常可通过改变溶液浓度和 反应温度等方法实现。溶液浓度增加会加快湿法刻蚀时反 应物到达及离开被刻蚀薄膜表面的速率，反应温度可以控 制化学反应速率的大小。选择一个湿法刻蚀的工艺，除了 刻蚀溶液的选择外，也应注意掩膜是否适用。
化学性刻蚀
又称等离子体刻蚀，是利用等离子体将刻蚀气体电离 并形成带电离子、分子及反应性很强的原子团，它们扩散 到被刻蚀薄膜表面后与被刻蚀薄膜的表面原子反应生成具 有挥发性的反应产物，并被真空设备抽离反应腔。因这种 反应完全利用化学反应，故称为化学性刻蚀。
mems金属氧化物半导体
mems金属氧化物半导体MEMS金属氧化物半导体，听起来是不是有点复杂？别担心，咱们慢慢来聊聊这个话题。
MEMS其实就是微电子机械系统，这可不是高大上的科学研究，而是咱们生活中经常接触的东西，比如手机、汽车、智能家居等等。
想想看，你的手机能精准定位，能够感应到你的动作，这背后可少不了MEMS的功劳。
嘿，简而言之，MEMS让我们的设备更加聪明，简直就是“科技小精灵”！说到金属氧化物半导体，先别被名字吓着。
这种材料在现代科技中可是个大明星。
你知道吗？它们在微型传感器、微型执行器中扮演着重要角色，就像是一支支“特工队”，默默守护着我们的日常生活。
想象一下，早上你按下手机上的按钮，瞬间就能接收到各种信息，背后就是这些金属氧化物半导体在为你工作。
是不是觉得很神奇？MEMS的应用可真是无处不在。
你在健身房用的智能手环，里面就有MEMS传感器，可以监测你的心率、步数，这样你就能随时了解自己的运动状态。
而在汽车里，MEMS传感器同样发挥着重要作用。
比如，汽车的安全气囊、胎压监测系统，都是靠这些小家伙在“发号施令”。
每当你看到安全气囊弹出，就知道MEMS在关键时刻帮了你一把。
再说说它的制造过程。
MEMS的生产可不是随便搞搞就行，精度要求非常高，简直跟做精致的甜点一样。
你想，个头小小的元件，里面却有那么多精密的结构，想要做到完美可真不容易。
这些金属氧化物半导体的制作工艺相当复杂，涉及化学、物理等多个领域的知识，真是让人瞠目结舌。
说到这里，你可能会想，MEMS这么神奇，未来会发展成什么样子呢？我觉得，它一定会在医疗、环境监测等领域发挥更大的作用。
想象一下，未来的医疗设备能够实时监测你的身体状况，甚至在你感冒之前就提醒你，真是有点科幻片的感觉吧！而在环保方面，MEMS传感器也能帮助我们更好地监测空气质量、水质，这样大家的生活环境就能更加安全、健康。
随着科技的发展，MEMS也面临着一些挑战。
比如，如何降低生产成本，如何提升性能，这些问题都是研究者们亟待解决的。
尼曼半导体物理与器件第一章课件
广义原胞
尼曼半导体物理与器件第一章
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1.3.2 基本的晶体结构
立方晶系基本的晶体结构：
常见的三个基本的立方结构 （1）简单立方结构（sc） （2）体心立方结构（bcc） （3）面心立方结构（fcc）
尼曼半导体物理与器件第一章
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➢简立方结构 Simple Cubic
每个顶角有一个原子
z
➢ 体心立方结构 Body Centered Cubic
• 原胞：可以复制得到整个晶格的最小单元。
单晶晶格二维表示
•晶格、原胞的选取都不是唯一的。
尼曼半导体物理与器件第一章
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•晶胞和晶格的关系用矢量 a 、b 、c 表示，三个矢 量可不必互相垂直，长度可以不相等，基矢长度称 为晶格常数 。
•每个等效格点可用下述矢量表示
rpaqbsc
•其中，p、q、s为整数。
1. 离子晶体：离子键，例如NaCl晶体等； 2. 共价晶体：共价键，例如Si、Ge以及GaAs晶体等； 3. 金属晶体：金属键，例如Li、Na、K、Be、Mg以及Fe、 Cu、Au、Ag等； 4. 分子晶体：范德华键，例如惰性元素氖、氩、氪、氙等 在低温下则形成分子晶体，HF分子之间在低温下也通过范 德华键形成分子晶体。
• 第六章 半导体中的非平衡过剩载流子
半 • 第七章 pn结
导 • 第八章 pn结二极管
体 器
• 第九章 金属半导体和半导体异质结
件 • 第十章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础
基 • 第十一章 金属-氧化物-半导体场效应晶体管：概念深入
础 • 第十二章 双极晶体管
• 第十三章 结型场效应晶体管 • 第十四章 光器件
1.11（a）-（c） 1.16 1.24（Si晶格常数5.43Å）
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1/2 O2(g) + CO(g)
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第三代半导体材料 禁带宽度：3.37eV 纯氧化锌是 N型半导体 ZnO的激子束缚 能为60meV
又称宽禁带半导体或高温半导体 SiC,GaN,ZnO,AlN,金刚石 很多优异的性能 晶体中有填隙原子Zn和氧空位缺陷， 锌是浅能级缺陷氧空位是深能级缺陷
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II. MO3型：WO3、MoO3、ReO3。
13
B、半导体分类： n-型半导体 ZnO ； 施主能级 ―提供电子的附加能级 (靠近空带 ) p-型半导体 NiO ； 受主能级 ―空穴产生的附加能级 (靠近价带 )。
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5.2.2. n型和p型半导体生成
A. n型半导体的生成 a. 含有过量金属原子的非化学计量化合物 如：氧化锌中含过量锌 ZnO → Zn + 0.5O2，ZnO + H2 → Zn + H2O
6
b. 过渡金属氧(硫)化物催化物的电子特性 I. 过渡金属氧化物中金属阳离子的d电子层容 易得到或失去，具有较强氧化还原性
II. 过渡金属氧化物具有半导体特性。
III. 其中金属氧化物中的金属离子内层轨道保 留原子轨道特性，与外来轨道相遇时，可重新 组合成新轨道，利于化学吸附 IV. 与过渡金属催化剂相比，金属氧化物催化剂 耐热、抗毒、光敏、热敏、杂质敏感，适于调变。
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CO在NiO上氧化反应机理
Ni2+ + 1/2 O2(g) Ni3+ + O-(吸 ) + CO(g) CO2(吸
)
Ni3+ + O-(吸
)
q吸 =41.8kJ/mol
Ni2+ + CO2(吸 ) q吸 =293kJ/mol
CO2(g) CO2(g)
q吸 =-62.8kJ/mol H =272kJ/mol
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b. 用高价离子取代晶格中的正离子
c. 通过向氧化物晶格间隙掺入颠覆性较小的杂质 如：ZnO中掺入Li，以生成Zn+，Li+
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B. p型半导体的生成 a.氧化物中正离子缺位的非化学计量化合物
b.用低价正离子取代晶格中的正离子
c.向晶格中掺入电负性较大的间隙原子
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n型半导体生成条件
A）非化学计量比化合物中含有过量的金属 原子或低价离子可生成n型半导体。 B）氧缺位 C）高价离子取代晶格中的正离子
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B. 施电子气体吸附（以H2为例） 对于H2来说，不论在n型还是p型氧化物上以 正离子(H+)吸附于表面，在表面形成正电荷， 起施主作用。
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例：CO在NiO上氧化反应
CO+1/2O2=CO2 △H=272KJ/mol (1) O2在NiO上发生吸附时，电导率由10-11-1cm-1 上升为10-7 -1cm-1 。 (2) 测得O2转为O-吸时量热法测得微分吸附热为 41.8 kJ/mol， (3)测得CO在NiO上微分吸附热是33.5kJ/mol，而 在已经吸附了O2的催化剂表面微分吸附热是293 kJ/mol。 这表明CO与NiO吸附不是一般的化学吸附而是化 学反应。
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c. MO2型： 萤石型：r(M4+)/r(O2-) 较大， 例子：ZrO2、HFO2、CeO2、ThO2、VO2。 金红石型： r(M4+)/r(O2-) 其次， 例子：TiO2、VO2、CrO2、MoO2、WO2、 MnO2等。 硅石型： r(M4+)/r(O2-) 最小，
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d. M2O5型和MO3型： I. M2O5型：V2O5， 层状结构，V5+被六个O2-包围但实际只有5 个，成扭曲三角双锥
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B. 过渡金属氧(硫)化物催化物的结构类型 a. M2O型和MO型氧化物
I. M2O型： Cu2O，CO加H2制甲醛 Ag2O
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II. MO型： NaCl型：以离子键为主，金属与氧原子配位数 均是6，为正八面体结构。 典型例子：TiO、VO、MnO、FeO、CoO。 属立方晶系，低温下偏离理想结构变为三方或 四方。 纤维锌矿型：金属离子与氧为四面体型结构，四 个M2+-O2-不一定等价。 典型例子：ZnO、PdO、PtO、CuO、AgO、NbO。
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a.岩盐矿结构 b.闪锌矿结构 c.六方纤锌矿 结构
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体积效应 表面效应 量子尺寸效应 宏观量子隧道效应：氧原子为六方密堆积，2/3八面体间隙 被金属原子填充。 M3+配位数是6，O2-配位数是4。 典型例子：Fe2O3、V2O3、Cr2O3、Rh2O3、Ti2O3
C-M2O3型： 与萤石结构(CaF2)类似,取走 其中1/4的O2-。 M3+配位数是6。 典型例子：Mn2O3、Sc2O3、 Y2O3、-Bi2O3(右图).
第11章 氧化物半导体材料
1
金属氧(族)化物和硫化物概述
金属氧化物 复合氧化物；固溶体、杂多酸、混晶等 金属氧化物在催化中的作用和功能 主催化剂、助催化剂、载体等
金属氧化物催化剂的应用： 催化烃类选择氧化（降解等）
所用催化剂主要分三类： 1）过渡金属氧化物，2）金属氧化物，3）原态 为金属，但其表面吸附氧形成氧化层。 金属硫化物：半导体型化合物。单 、复合组分系。 应用 ：加氢、异构和氢解等 。
D）引入电负性小的原子。
P型半导体生成条件
A）非化学计量比氧化物中出现正离子缺位。
B）用低价正电离子取代晶格中正离子。
C）向晶格掺入电负性在的间隙原子。
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化学吸附
A. 受电子气体吸附（以O2为例）
(1) n型半导体 O2电负性大，容易夺导带电子，随氧压增大而 使导带中自由电子减少，导电率下降。另一方 面在表面形成的负电层不利于电子进一步转移， 结果是氧在表面吸附是有限的。 (2) p型半导体 O2相当于受主杂质，可接受满带的电子增加满 带空穴量，随氧压的增加导电率增大，由于满 带中有大量电子，因此吸附可一直进行，表面 吸附氧浓度较高
2
过渡金属氧(硫)化物的应用及类型
A. 过渡金属氧(硫)化物的应用及其特点 a. 过渡金属氧(硫)化物的应用
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4
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I. 金属氧化物催化剂主要是VB－VIII族和IB， IIB族元素氧化物 II. 催化剂多由两种或多种氧化物组成
III. 氧化物具有半导体特性故为半导体催化剂
IV. 这些氧化物应用与氧化还原反应与过渡 金属电子特性有关。