半导体物理基础 .ppt

第一张，课件共十四张，编辑于2022年5月 1956年：出现扩散工艺，1959 年开发硅平面工艺，为今后 集成电路的大发展奠定了技术基础。1959年美国仙 童公司开发了第一块用硅平面工艺制造的集成电路 （IC），并于2000年获得诺贝尔物理奖。 1950年：发明了结型双极晶体管，并于1956年获得诺贝尔物理奖 第二张，课件共十四张，编辑于2022年5月 1970年：大规模集成电路（LSI，103～105 元件或 102～5×103 等效门 ）。 1977年：超大规模集成电路（VLSI，以64K DRAM、16位 CPU 为代表 ）。 1986年：巨大规模集成电路（ULSI，以4M DRAM为代表 ， 8×10 6元件，91 mm2，0.8 ?m ，150 mm ）。 1995年：GSI（以1G DRAM 为代表，2.2×10 9元件，700 mm2， 0.18 ?m ， 200 mm ，2000 年开始商业化生产。） 第三张，课件共十四张，编辑于2022年5月 半导体物理知识回顾 1、何为半导体，半导体的主要特性。 2、半导体中电子运动状态描述，半导体能带理论及能带图。 3、半导体导电机理。 4、N、P型半导体的形成、载流子分布及导电特性。 5、载流子的输运过程-----漂移与扩散。 6、非平衡态下载流子产生与复合。 一、半导体物理基础 第四张，课件共十四张，编辑于2022年5月 二、分析半导体器件的基本方程 所以泊松方程又可写作 ： （1‘） ② 电子与空穴的连续性方程： （2 ） （3 ） 上式中，R = U - G ，U、G 、R 分别为复合率、产生率和净复合率。R 0 表示净复合，R 0 表示净产生。 ① 泊松方程： （1） 式中 为静电势，它与电场强度 之间有如下关系： 第五张，课件共十四张，编辑于2022年5月 （8 ） （7 ） （6 ） 以上各方程均为微分形式。 变为积分形式为 ： ③ 电子与空穴的电流密度方程： （4 ） （5 ） 第六张，课件共十四张，编辑于2022年5月 上面的式 (6) 就是大家熟知的 上式中 为电位移。 在用基本半导体方程分析半导体器件时，有两条途径，一条是用计算机求数值解。这就是通常所说的半导体器件的数值模拟；另一条是求半导体方程的解析解，以得到解的封闭形式的表达式。但求解析解是非常困难的。一般需先对方程在一定的近似条件下加以简化后再求解。本课程讨论第二条途径。 高斯定理： 式 (7)、(8) 称为电子与空穴的电荷控制方程，它表示流出封闭曲面的电流受该曲面内电荷的变化率与净复合率所控制。 第七张，课件共十四张，编辑于2022年5月 （9‘） （10） （11） （12） （13） （9 ） 三、基本半导体方程的简化与应用举例 最重要的简化是三维形式的方程简化为一维形式，得到 ： 第八张，课件共十四张，编辑于2022年5月 在此基础上再根据不同的具体情况还可进行各种不同形式的简化。 例1、对于方程( 9‘)，若在耗尽区中，可假设 p = 0，n = 0 ，再如果在N型耗尽区中，还可忽略 NA ，得： （14） 例2、对于方程(10) ，先简化净复合率 R 。当作如下假设：（1）复合中心对电子与空穴有相同的俘获截面；（2）复合中心的能级与本征费米能级相等，则 R 可表为： 第九张，课件共十四张，编辑于2022年5月 上式中， 如果在 P 型区中，且满足小注入条件，则： （15） 同理在N 型区中有： （16） 如果在稳态情况下，即 ，则方程 (10) 可简化为： （17） 于是得： 第十张，课件共十四张，编辑于2022年5月