中科大半导体器件物理ch4-1mis
60页1、第四章第四章第四章第四章 M I S M I S 结构结构结构结构 和场效应晶体管和场效应晶体管和场效应晶体管和场效应晶体管(2)4 4- -1 MIS 1 MIS 结构结构结构结构金属金属金属金属- -绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体- -半导体结构半导体结构半导体结构半导体结构主要内容:主要内容:主要内容:主要内容:1 1。理想的。理想的。理想的。理想的MIS MIS 结构结构结构结构2 2。SiSi- -SiO2 MOS SiO2 MOS 结构结构结构结构(3)金属金属金属金属- -绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体- -半导体半导体半导体半导体(MIS)(MIS)二极管结构二极管结构二极管结构二极管结构约定:约定:约定:约定: 金属对欧姆接触正向偏置金属对欧姆接触正向偏置金属对欧姆接触正向偏置金属对欧姆接触正向偏置?电压电压电压电压V V为正为正为正为正金属对欧姆接触负向偏置金属对欧姆接触负向偏置金属对欧姆接触负向偏置金属对欧姆接触负向偏置?电压电压电压电压V V为负为负为负为负(4)V=0V=0时的能带图时的能带图时的能带图时的能带图n n 型半导体型半导体型半导体型半导体p p 型半导体型半
2、导体型半导体型半导体金属与绝缘体金属与绝缘体金属与绝缘体金属与绝缘体 之间的势垒之间的势垒之间的势垒之间的势垒绝缘体电子亲合势绝缘体电子亲合势绝缘体电子亲合势绝缘体电子亲合势1 1。理想的。理想的。理想的。理想的MISMIS结构结构结构结构 1. 1 1. 1 理想理想理想理想 M I S M I S 结构的能带图象结构的能带图象结构的能带图象结构的能带图象: :(5)理想理想理想理想 M I S M I S 二极管定义:二极管定义:二极管定义:二极管定义:1 1)在零偏置下,金属功函数和半导体功函数之间的差为零。)在零偏置下,金属功函数和半导体功函数之间的差为零。)在零偏置下,金属功函数和半导体功函数之间的差为零。)在零偏置下,金属功函数和半导体功函数之间的差为零。0)()2(=+=+nmBng mmsqEn n 型半导体:型半导体:型半导体:型半导体:p p 型半导体:型半导体:型半导体:型半导体: 0)()2(=+=+pg mBpg mmsqEqE金属功金属功金属功金属功 函数函数函数函数半导体的电半导体的电半导体的电半导体的电 子亲合势子亲合势子亲合势子亲合势费米能级和本征费米
3、费米能级和本征费米费米能级和本征费米费米能级和本征费米 能级之间的电势差能级之间的电势差能级之间的电势差能级之间的电势差2 2)在任何偏置条件下,)在任何偏置条件下,)在任何偏置条件下,)在任何偏置条件下,MISMIS结构中的电荷只有半导体中的电荷和结构中的电荷只有半导体中的电荷和结构中的电荷只有半导体中的电荷和结构中的电荷只有半导体中的电荷和 邻近绝缘体的金属表面上的数目相等而符号相反的电荷。邻近绝缘体的金属表面上的数目相等而符号相反的电荷。邻近绝缘体的金属表面上的数目相等而符号相反的电荷。邻近绝缘体的金属表面上的数目相等而符号相反的电荷。 3 3)在直流偏置条件下,不存在通过绝缘体的载流子输运,即绝)在直流偏置条件下,不存在通过绝缘体的载流子输运,即绝)在直流偏置条件下,不存在通过绝缘体的载流子输运,即绝)在直流偏置条件下,不存在通过绝缘体的载流子输运,即绝 缘体的电阻率为无穷大。缘体的电阻率为无穷大。缘体的电阻率为无穷大。缘体的电阻率为无穷大。(6)理想理想理想理想 M I S M I S 结构在正偏和负偏时,半导体表面可有三种情形:结构在正偏和负偏时,半导体表面可有三种情形:结
4、构在正偏和负偏时,半导体表面可有三种情形:结构在正偏和负偏时,半导体表面可有三种情形:积累积累积累积累耗尽耗尽耗尽耗尽反型反型反型反型P P型型型型理想理想理想理想MISMIS二极管在二极管在二极管在二极管在V V 0 0时的三种能带图。时的三种能带图。时的三种能带图。时的三种能带图。能带向下弯曲能带向下弯曲能带向下弯曲能带向下弯曲 多数载流子耗尽多数载流子耗尽多数载流子耗尽多数载流子耗尽能带向下弯曲增加能带向下弯曲增加能带向下弯曲增加能带向下弯曲增加 本征能级与费米能级本征能级与费米能级本征能级与费米能级本征能级与费米能级 在表面相交,在表面相交,在表面相交,在表面相交, 表面处的少数载流子表面处的少数载流子表面处的少数载流子表面处的少数载流子 多于多数载流子多于多数载流子多于多数载流子多于多数载流子能带向上弯曲,能带向上弯曲,能带向上弯曲,能带向上弯曲, 价带顶接近费米能级价带顶接近费米能级价带顶接近费米能级价带顶接近费米能级 多数载流子在表面处积累多数载流子在表面处积累多数载流子在表面处积累多数载流子在表面处积累(7)n n型型型型理想理想理想理想MISMIS二极管在二极管在二极
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