中国科学技术大学物理系：《半导体物理学 Physics of Semiconductors》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五章 PN结

少A以1 第五章PN结 §1PN结的基本物理概念 §2PN结的电流电压特性 §3PN结的电容效应 §4PN结的隧道效应 §5PN结的光生伏特效应 2021/130 Semiconductor Physic

中国科学技术大学物理系微电子专业 Semiconductor Physics 2021/1/30 1 第五章 PN结 §1 PN结的基本物理概念 §2 PN结的电流电压特性 §3 PN结的电容效应 §4 PN结的隧道效应 §5 PN结的光生伏特效应

中国科学技术大学物理系微电子专业 PN结 半导体器件基本结构之 半导体器件主要有67种,还有110个相关 的变种,但都是由少数的几个基本结构构成: PN结 M/S金半结(金属半导体接触) ■MOS结构 异质结 2021/130 Semiconductor Physic

中国科学技术大学物理系微电子专业 Semiconductor Physics 2021/1/30 2 PN结 ——半导体器件基本结构之一 半导体器件主要有67种，还有110个相关 的变种，但都是由少数的几个基本结构构成： ◼ PN结 ◼ M/S金半结（金属半导体接触） ◼ MOS结构 ◼ 异质结

少A以1 §1N结的基本物理概念 (1)PN结的分类 (2)PN结的制作工艺 (3)PN结的基本概念 (4)PN结的热平衡条件 2021/130 Semiconductor Physic

中国科学技术大学物理系微电子专业 Semiconductor Physics 2021/1/30 3 §1 PN结的基本物理概念 (1) PN结的分类 (2) PN结的制作工艺 (3) PN结的基本概念 (4) PN结的热平衡条件

中国科学技术大学物理系微电子专业 ★PN结的分类 中PN结的形成 控制同一块半导体的掺杂,形成PN结 (合金法;扩散法;离子注入法等) ◆在p(n)型半导体上外延生长n(型半导体 同质结和异质结 ◆由导电类型相反的同一种半导体单晶材 料组成的PN结同质结 由两种不同的半导体单晶材料组成的 结一异质结 2021/130 Semiconductor Physic

中国科学技术大学物理系微电子专业 Semiconductor Physics 2021/1/30 4 ★ PN结的分类 ◼ PN结的形成 ♦控制同一块半导体的掺杂,形成PN结 (合金法; 扩散法; 离子注入法等) ♦在p(n)型半导体上外延生长n(p)型半导体 ◼ 同质结和异质结 ♦由导电类型相反的同一种半导体单晶材 料组成的PN结--同质结 ♦由两种不同的半导体单晶材料组成的 结—异质结

中国科学技术大学物理系微电子专业 工艺简介: ◆合金法一合金烧结方法形成pn结 ◆扩散法一高温下热扩散进行掺杂 ◆离子注入法一将杂质离子轰击到半导体基片 中掺杂分布主要由离子剂量和注入离子的能量 决定(典型的离子能量是30-300keV注入剂 量是在1011-1016离子数/cm2范围),用于形 成浅结 ■PN结根据杂质分布的特点可分为: ◆突变结适用于离子注入浅结扩散和外延生长,x3um 2021/130 Semiconductor Physic

中国科学技术大学物理系微电子专业 Semiconductor Physics 2021/1/30 5 ◼ 工艺简介: ♦ 合金法—合金烧结方法形成pn结 ♦ 扩散法—高温下热扩散,进行掺杂 ♦离子注入法—将杂质离子轰击到半导体基片 中掺杂分布主要由离子剂量和注入离子的能量 决定（典型的离子能量是30-300keV,注入剂 量是在1011-1016离子数/cm2范围），用于形 成浅结 ◼ PN结根据杂质分布的特点可分为: ♦ 突变结 适用于离子注入浅结扩散和外延生长，Xj3um

中国科学技术大学物理系微电子专业 液体 合金法 n - p 图6-2 收嫣接触 图62合金法制造P-n结过程 A 图6-3 N 图63突变结的杂质分 2021/130 Semi conductor Physics

中国科学技术大学物理系微电子专业 Semiconductor Physics 2021/1/30 6 图6-2 图6-3 合金法

中国科学技术大学物理系微电子专业 P型杂 扩散法 n型Si 欧螃拔愈 图6-4扩散法制造pn结过程 N(x N (x) 离子注入法 P-N Junction formation N(x, t) (a) L. Fabrication by Diffusion DRIVE-IN I PREDEP N(x)=N erfc- N(x1) 2021/1/30 Semi conductor Physics

中国科学技术大学物理系微电子专业 Semiconductor Physics 2021/1/30 7 扩散法 离子注入法

中国科学技术大学物理系微电子专业 ★PN结的基本概念 空间电荷区: ◆在结面附近,由于存在载流子浓度梯 度,导致载流子的扩散 ◆扩散的结果:在结面附近出现静电荷 分布-空间电荷(电离施主,电离受主 ◆空间电荷区中存在电场-内建电场,内 建电场的方向:n→>p,在内建电场作用下, 载流子要作漂移运动 2021/130 Semiconductor Physic

中国科学技术大学物理系微电子专业 Semiconductor Physics 2021/1/30 8 ★ PN结的基本概念 ①空间电荷区: ♦ 在结面附近, 由于存在载流子浓度梯 度,导致载流子的扩散. ♦ 扩散的结果: 在结面附近,出现静电荷 分布--空间电荷(电离施主,电离受主). ♦ 空间电荷区中存在电场--内建电场,内 建电场的方向: n→p . 在内建电场作用下, 载流子要作漂移运动

中国科学技术太学物理系微电子专业 pe p-type C Before contact current contact current E ↓==.==·===.==·==== C ●●0●● E HHi brium hole SCR一 2021/130 Semi conductor Physics

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中国科学技术大学物理系微电子专业 ②热平衡pn结及其能带图: ◆当无外加电压,载流子的流动终将达到 动态平衡(漂移运动与扩散运动的效果相 抵消,电荷没有净流动),p结有统一的 (平衡pn结) ◆结面附近存在内建电场,造成能带弯 曲,形成势垒区(即空间电荷区) 2021/130 Semiconductor Physic

中国科学技术大学物理系微电子专业 Semiconductor Physics 2021/1/30 10 ②热平衡pn结及其能带图: ♦当无外加电压, 载流子的流动终将达到 动态平衡(漂移运动与扩散运动的效果相 抵消, 电荷没有净流动), pn结有统一的EF (平衡pn结) ♦ 结面附近,存在内建电场,造成能带弯 曲,形成势垒区(即空间电荷区)