电子科技大学:《薄膜晶体管原理与技术》课程教学资源(课件讲稿)第1章 MIS场效应晶体管基础

第1章MIS场效应晶体管基础 目录 1.1半导体中的电子状态与载流子 1.2载流子的传输 1.3pn结和金属-半导体接触 1.4金属-绝缘层-半导体(MS)结构 1.5MS场效应晶体管 本章重点 (1)TFT和MOS FET的结构与工作原理 (2)基于MISFET的最简模型得到场效应管的特性参数
目录 1.1 半导体中的电子状态与载流子 1.2 载流子的传输 1.3 pn结和金属-半导体接触 1.4 金属-绝缘层-半导体(MIS)结构 1.5 MIS场效应晶体管 第1章 MIS场效应晶体管基础 (1)TFT和MOS FET的结构与工作原理 (2)基于MISFET的最简模型得到场效应管的特性参数 本章重点

1.1半导体中的电子状态与载流子 1.1.1半导体材料的结构与能带形成 1.1.2半导体中的载流子 1.1.3半导体中载流子的统计分布
1.1 半导体中的电子状态与载流子 、 1.1.1 半导体材料的结构与能带形成 1.1.2 半导体中的载流子 1.1.3 半导体中载流子的统计分布

1.1.1半导体材料的结构与能带形成 按照构成固体的粒子在空间的排列情况,可以将固体分为: (a)无定形 )多晶 (C单晶 不存在 在小区域 固体内的原子 长程有序 内完全有序 排列有序的阵列
按照构成固体的粒子在空间的排列情况,可以将固体分为: 1.1.1 半导体材料的结构与能带形成

以硅单晶体为例 硅晶体中任何一原子都有4个最近邻的原子与之形成共价 键。一个原子处在正四面体的中心,其它四个与它共价的 原子位于四面体的顶点,向空间无限伸展成空间网状结构 -金刚石结构
以硅单晶体为例 硅晶体中任何一原子都有4个最近邻的原子与之形成共价 键。一个原子处在正四面体的中心,其它四个与它共价的 原子位于四面体的顶点,向空间无限伸展成空间网状结构 ----金刚石结构

硅原子能级分裂成为能带 导带 电子能量 Ec Eg=带隙 反键态 导带 Ev 价带 8p3 Er 价带 成键态 硅原子 硅晶体
硅原子 硅晶体 导带 价带 EF 反键态 成键态 电 子 能 量 价带 导带 Eg=带隙 Ec Ev 硅原子能级分裂成为能带

1.1.2半导体中的载流子 硅单晶半导体中的载流子指的是导带中的电子 和价带内的空穴-一统称为载流子,是在电场 作用下能作定向运动的带电粒子
1.1.2 半导体中的载流子 • 硅单晶半导体中的载流子指的是导带中的电子 和价带内的空穴---统称为载流子,是在电场 作用下能作定向运动的带电粒子

1.本征半导体:--不含杂质的半导体 施主杂质的电离能 2.杂质半导体:-含有少量杂质的半导体 例在硅单晶半导体中掺入五价砷(A)所形成的半导体 n型半导体(施主杂质半导体) Si 导带 施主能级 价带
1. 本征半导体:---不含杂质的半导体 2. 杂质半导体:---含有少量杂质的半导体 n型半导体(施主杂质半导体) 例在硅单晶半导体中掺入五价砷(AS)所形成的半导体 0 e ion H s 0 m E E m 施主杂质的电离能

1.1.3半导体中载流子的统计分布 在量子力学中,微观粒子的运动状态称为量子态 态密度定义为 单位体积中,单位能量间隔内的量子态数目 若导带中对于能量为E的一个量子态被一个电子占据的概率为E),则可以计 算出热平衡状态下非简并半导体的导带中的电子总数为 =∫Ef(Eg(EE 温度为T(绝对温度)的热平衡态下,半导体中电 子占据能量为E的量子态的概率是(费米狄拉克统 f(E)= (B-Br 计分布) 1 exp
1.1.3 半导体中载流子的统计分布 在量子力学中,微观粒子的运动状态称为量子态 若导带中对于能量为E的一个量子态被一个电子占据的概率为f(E),则可以计 算出热平衡状态下非简并半导体的导带中的电子总数为 0 c c E E n f E g E dE 态密度定义为 单位体积中,单位能量间隔内的量子态数目 k T E E f E B F 1 exp 温度为 1 T(绝对温度)的热平衡态下,半导体中电 子占据能量为E的量子态的概率是(费米狄拉克统 计分布)

掺杂半导体能带图 ● 888888 qOFn E E Er- EF 83888网 %% 死 重掺杂(p) 轻掺杂(p) 本征 轻掺杂(n) 重掺杂(n) 本征半导体的费米能级叫本征费米能级,在非简并情况下存在: 2 nopo=ni 费米势 4=号£ q p与半导体的掺杂类型、掺杂浓度有关。对于 p型掺杂,pF>0;对于n型掺杂,pp<0
掺杂半导体能带图 本征半导体的费米能级叫本征费米能级,在非简并情况下存在: 2 n0 p 0 ni = i F F E E q 费米势 φF与半导体的掺杂类型、掺杂浓度有关。对于 p型掺杂,φF>0;对于n型掺杂,φF<0

1.2载流子的传输 ·指载流子浓度随时间的变化规律。载流子输运类型:漂移、扩散 和产生-复合
1.2 载流子的传输 • 指载流子浓度随时间的变化规律。载流子输运类型:漂移、扩散 和产生-复合
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