[信息与通信]半导体器件物理第三章_754505182.pdf

微电子学研究所 微电子与纳电子学系 半导体器件 物理进展 第三章 PN结与MOS结构物理 PN Junction and MOS Structure Physics 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 本章主要内容 PN结的构成及其能带图 PN结的特性及原理 MOS结构及其能带图 MOS结构的阈值电压 MOS结构的C －V特性 MOS结构在高电场下的隧穿效应 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 1. PN结的构成及其能带图 理想情况下，由一块N型半导体材料和一块P型半 导体材料相接触，就可以构成一个PN结。 在实际半导体器件与集成电路中，通常是通过材 料的外延生长以及扩散或离子注入等工艺技术来制造 各种PN结。PN结的最主要特点是具有单向导电性。 PN结及其 外加偏置条 件示意图 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 下图所示为PN结单向导电性的示意图，其中左图 是在线性坐标中给出的PN结I －V特性，右图则是在半 对数坐标中给出的PN结I －V特性，从图中可见：PN 结具有单向导电性，即正向导通，反向截止；正向导 通电流与外加的正偏电压成指数增长关系，而反向漏 电流则基本保持恒定。 PN结的正反向特性示意图 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 PN结形成前后的能带示意图： 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 在没有外加偏置的热平衡条件下，PN结中的电子 电流和空穴电流均为零，由此可得到： r ⎛ r kT dn ⎞ J n qμn ⎜⎜nE + ⎟⎟ 0 ⎝ q dx ⎠ dE r dψi Ei Ef f 0 E − ψ − ψ − dx i q f q dx ( ) ( ) E −E kT q ψ −ψ kT f i i f n n e n e i i 可见，在半导体材料中，电子电流或空穴电流为 零的条件就是费米能级在空间各处保持恒定。而空间 上保持恒定的费米能级势必导致零偏PN结内部形成 内建势垒和内建电势差。 微电子学研究所