半導(dǎo)體物理 第八章.ppt

1、半導(dǎo)體表面與MIS結(jié)構(gòu),半導(dǎo)體的表面結(jié)構(gòu) 表面的電場(chǎng)效應(yīng) MIS的電壓電容特性 真實(shí)的Si-SiO2系統(tǒng)性質(zhì) 表面電導(dǎo)和遷移率,半導(dǎo)體器件的特性一般都和半導(dǎo)體的表面性質(zhì)密切相關(guān), 其表面效應(yīng)支配著半導(dǎo)體器件的特性。,2,1 半導(dǎo)體的表面結(jié)構(gòu),表面的概念 晶體的周期性結(jié)構(gòu)在表面中斷，破壞了三維結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，會(huì)構(gòu)成表面的特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì); 理想表面就是指表面居中原子排列的對(duì)稱性與體內(nèi)原子完全相同，且表面上不附著任何原子成分子的半無(wú)限晶體表面。因晶格在表面處突然終止，在表面外層的每個(gè)原子將有一個(gè)未配對(duì)的電子，即有一個(gè)未飽和的鍵，這個(gè)鍵稱作懸掛鍵，與之對(duì)應(yīng)的電子能態(tài)就是表面態(tài)；,3,1 半導(dǎo)體的表面結(jié)構(gòu)

2、,表面的概念 表面有大量的原子鍵被斷開(kāi)而需要大量的能量，形成表面能； 為降低表面能，表面和近表面的原子層間距發(fā)生變化而出現(xiàn)表面弛豫現(xiàn)象； 表面的原子會(huì)重新組合，形成新鍵，從而改變表面原子的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，出現(xiàn)所謂的表面再構(gòu)現(xiàn)象，降低懸掛鍵密度；,4,潔凈理想表面實(shí)際上是不存在，表面上會(huì)形成一層單原子層(一般主要由氧原子組成)，在表面上覆蓋了一層二氧化硅層，使硅表面的懸掛鍵大部分被二氧化硅層的氧原子所飽和，表面態(tài)密度就大大降低；,由于不可避免的客觀原因，表面會(huì)吸附其它原子和分子， 并對(duì)表面性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。,5,由于懸掛鍵的存在，表面可與體內(nèi)交換電子和空穴。例如，n型硅懸掛鍵可以從體內(nèi)獲得電子，使表

3、面帶負(fù)電。這負(fù)的表面電荷可排斥表面層中電子使之成為耗盡層甚至變?yōu)閜型反型層。 表面能級(jí)由兩組，組為施主能級(jí)(帶電子為中性，失去電子帶正電荷)，靠近價(jià)帶，另一組為受主能級(jí)（不帶電子為中性，得到電子帶負(fù)電），靠近導(dǎo)帶。 表面處還存在由于晶體缺陷或吸附原子等原因引起的表面態(tài)，這種表面態(tài)的特點(diǎn)是，其數(shù)值與表面經(jīng)過(guò)的處理方法有關(guān)。,6,理想表面的電子態(tài) 討論理想表面就是指表面居中原子排列的對(duì)稱性與體內(nèi)原子完全相同，且表面上不附著任何原子成分子的半無(wú)限晶體表面情形,固體物理理想的清潔表面,7,8,波函數(shù)有限,9,波函數(shù)及其一階導(dǎo)數(shù)在x=0處滿足連續(xù)條件,10,波函數(shù)及其一階導(dǎo)數(shù)在x=0處滿足連續(xù)條件,當(dāng)k

4、為實(shí)數(shù)時(shí),能滿足有限條件,兩個(gè)方程解三個(gè)未知數(shù),解總是 存在的,這些解對(duì)應(yīng)能帶的允帶. -說(shuō)明在一維無(wú)限周期場(chǎng)中電子狀態(tài)在半無(wú)限周期場(chǎng)中仍能 實(shí)現(xiàn).,考察,11,當(dāng)k為復(fù)數(shù)時(shí),令,同樣考察,都為實(shí)數(shù),12,對(duì)于一維無(wú)限周期,x趨向正無(wú)窮大和負(fù)無(wú)窮大時(shí)候,不能滿足 波函數(shù)有限的邊界條件,因此k不能取復(fù)數(shù).,對(duì)半無(wú)限周期,考慮x趨向負(fù)無(wú)窮大時(shí),波函數(shù)為零,所以A1=0,取負(fù)值，滿足邊界條件，故有解,13,上兩式存在A2和A的非零接解條件是系數(shù)行列式等于0,因此 可以求出,電子能量E必須取實(shí)數(shù),一般為復(fù)數(shù)。,14,以上說(shuō)明，存在k取復(fù)數(shù)的電子狀態(tài)存在，它們存在于x=0附近,這些被局域在表面附近的能級(jí)

5、就是表面能級(jí)。,15,2 表面電場(chǎng)效應(yīng),一般概念 討論在熱平衡情況的表面電場(chǎng)效應(yīng)，以及外加電場(chǎng)作用下半導(dǎo)體表面層內(nèi)現(xiàn)象。 表面電場(chǎng)產(chǎn)生的原因：功函數(shù)不同的金屬和半導(dǎo)體接觸，或半導(dǎo)體表面外吸附某種帶電離子等。 表面電場(chǎng)效應(yīng)的研究方法： MIS結(jié)構(gòu),16,VG=0時(shí),理想MIS結(jié)構(gòu)的能帶圖,Ev1,Ec1,Ei,Ev,Ec,EFs,EFm,理想的MIS結(jié)構(gòu)： 1）金屬與半導(dǎo)體間功函數(shù)差為零； 2）在絕緣層內(nèi)沒(méi)有任何電荷且絕緣層完全不導(dǎo)電； 3）絕緣體與半導(dǎo)體界面處不存在任何界面態(tài)。,17,空間電荷層及表面勢(shì)的概念 MIS結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)電容，在金屬與半導(dǎo)體之間加電壓后，在金屬與半導(dǎo)體相對(duì)的兩個(gè)面上就

6、要被充電。兩者所帶電荷符號(hào)相反，但電荷分布情況不同。 金屬中自由電子密度很高，電荷基本上分布在一個(gè)原子層的厚度范圍之內(nèi)；在半導(dǎo)體中自由載流子密度要低得多，電荷分布在一定厚度的表面層內(nèi)，這個(gè)帶電的表面層稱做空間電荷區(qū)。,18,空間電荷層及表面勢(shì)的概念 空間電荷區(qū)內(nèi)從表面到內(nèi)部電場(chǎng)逐漸減弱，到另端減小到零。空間電荷區(qū)內(nèi)的電勢(shì)隨距離逐漸變化。半導(dǎo)體表面相對(duì)體內(nèi)存在電勢(shì)差，能帶發(fā)生彎曲。常稱空間電荷層兩端的電勢(shì)差為表面勢(shì)（VS表示）。 規(guī)定表面電勢(shì)比內(nèi)部高時(shí)取正值，反之取負(fù)值。表面勢(shì)及空間電荷區(qū)內(nèi)電荷的分布情況隨金屬與半導(dǎo)體間所加的電壓VG而變化，基本上可歸納為多子堆積、耗盡和反型三種情況 ：,19,

7、（1） 多 子 積 累,特征： 1）能帶向上彎曲并接近EF；,EFm,EFs,Ec,Ev,Ei,Qs,Qm,x,VG0,2）多子（空 穴）在半導(dǎo) 體表面積累 ，越接近半 導(dǎo)體表面多 子濃度越高。,1、空間電荷層及表面勢(shì),20,(2) 平 帶,特征：半導(dǎo)體表面能帶平直。,VG=0,EFm,EFs,Ec,Ev,Ei,21,（3） 耗 盡,特征： 1）表面能帶 向下彎曲；,EFm,EFs,Ec,Ev,Ei,VG0,Qm,Qs,x,2）表面上的多子濃度比體內(nèi)少得多，基本上耗盡，表面帶負(fù)電。,22,（4）反 型,特征： 1）Ei與EF在表面處相交（此處為本征型）；,2）表面區(qū)的少子數(shù)多子數(shù)表面反型；3）

8、反型層和半導(dǎo)體內(nèi)部之間還夾著一層耗盡層。,23,對(duì)于n型半導(dǎo)體，當(dāng)金屬與半導(dǎo)體間加正電壓時(shí)，表面層內(nèi)形成多數(shù)載流子電子的堆積；當(dāng)金屬與半導(dǎo)體間加不太高的負(fù)電壓時(shí)，半導(dǎo)體表面內(nèi)形成耗盡層；當(dāng)負(fù)電壓進(jìn)一步增大時(shí)，表面層內(nèi)形成有少數(shù)載流子空穴堆積的反型層。,24,P型半導(dǎo)體的表面電荷QS和表面勢(shì)VS關(guān)系,25,2、理想MIS結(jié)構(gòu)的電容效應(yīng),27,（1a）表面電場(chǎng)分布Es,3、表面空間電荷層的 電場(chǎng)、電勢(shì)和電容,28,29,30,31,（1b）表面電荷分布Qs,32,33,（1）多子積累時(shí)：Vs0,討論：,34,多子積累時(shí)：,35,(2)平帶：Vs=0,36,（3）耗盡： Vs0,37,（3）耗盡：

9、Vs0,38,xd,39,(4)反型,回顧,40,qVB,qVs,(4)反型,當(dāng)表面處少子濃度等于體內(nèi)多子濃度,為強(qiáng)反型,根據(jù)Boltzmann統(tǒng)計(jì)：,41,(4)反型,根據(jù)Boltzmann統(tǒng)計(jì)：,42,開(kāi)啟電壓VT：使半導(dǎo)體表面達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)加在金屬電極上的柵電壓就是開(kāi)啟電壓.,43,臨界強(qiáng)反型時(shí)：,44,強(qiáng)反型后： Vs 2VB ，且qVsk0T,根號(hào)內(nèi)第二項(xiàng)是主要的,45,46,出現(xiàn)強(qiáng)反型，表面耗盡層寬度就達(dá)到一個(gè)極大值xdm，不再隨外加電壓的增加而增加。這是因?yàn)榉葱蛯又蟹e累電子屏蔽了外電場(chǎng)的作用。 耗盡層寬度極大值由耗盡層近似處理方法和強(qiáng)反型層條件得到。半導(dǎo)體單位面積上的電荷量由兩部分

10、組成，一部分是電離受主的負(fù)電荷NA，另一部分是反型層中的積累電子。,47,深耗盡狀態(tài) 以p型半導(dǎo)體為例，在金屬與半導(dǎo)體間加一脈沖階躍或高頻正弦波形成的正電壓時(shí)，由于空間電荷層內(nèi)的少數(shù)載流子的產(chǎn)生速率趕不上電壓的變化，反型層來(lái)不及建立，只有靠耗盡層延伸向半導(dǎo)體內(nèi)所產(chǎn)生大量受主負(fù)電荷以滿足電中性條件。因此，這種情況時(shí)耗盡層的寬度很大，可遠(yuǎn)大于強(qiáng)反型時(shí)的最大耗盡層寬度，且其寬度隨電壓VG幅度的增大而增大，這種狀態(tài)稱為深耗盡狀態(tài)。,48,討論深耗盡狀態(tài)向平衡反型狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程: 階躍陡變的正電壓 深耗盡狀態(tài) 深耗盡狀態(tài):產(chǎn)生率大于復(fù)合率 產(chǎn)生的電子 表面-反型層 產(chǎn)生的空穴 體內(nèi)-與深耗層邊緣的電離受

11、主中和 -深耗層減薄 一定時(shí)間后深耗層寬度減少到強(qiáng)反型時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大寬度xdm,49,討論深耗盡狀態(tài)向平衡反型狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程:,從深耗盡狀態(tài)(寬度 )過(guò)到平衡反型狀態(tài)(寬度 ) 的熱馳豫時(shí)間 :,熱馳豫時(shí)間一般為1-100s, 是一個(gè)快過(guò)程,50,深耗盡狀態(tài)是在實(shí)際中經(jīng)常遇到的一種較重要的狀態(tài)。 在非平衡電容電壓法測(cè)量雜質(zhì)濃度分布，電容時(shí)間法測(cè)量襯底中少數(shù)載流子壽命時(shí)半導(dǎo)體表面處于這種狀態(tài)。 電荷耦合器件(CCD)和熱載流子的雪崩注入也工作在表面耗盡狀態(tài)。,51,MIS結(jié)構(gòu)的C-V特性,前面已知:,52,MIS結(jié)構(gòu)的C-V特性,多子堆積,平帶,耗盡,強(qiáng)反型,53,MIS結(jié)構(gòu)的C-V特性,為了分

12、析電容的變化特性,我們分情況考察,54,（1）、多子積累時(shí)：,（1）當(dāng)/Vs/較大時(shí)，有C Co 半導(dǎo)體從內(nèi)部到表面可視為導(dǎo)通狀態(tài)；,C/Co,（2）當(dāng)/Vs/較小時(shí)，有C/Co1。,MIS結(jié)構(gòu)的C-V特性,55,(2)平帶狀態(tài),特征：歸一化電容與襯底摻雜濃度NA和絕緣層厚度do有關(guān)。,56,（3）耗盡狀態(tài),57,58,（4）強(qiáng)反型后：A、低頻時(shí),59,B、高頻時(shí),60,結(jié) 論,（1）半導(dǎo)體材料及絕緣層材料一定 時(shí)，C-V特性將隨do及NA而 變化； （2）C-V特性與頻率有關(guān),MIS結(jié)構(gòu)等效電路 MIS結(jié)構(gòu)的C-V曲線,61,3、金屬與半導(dǎo)體功函數(shù)差Wms 對(duì)MIS結(jié)構(gòu)C-V特性的影響,例：

13、當(dāng)WmWs時(shí)，將導(dǎo)致C-V特性向負(fù)柵壓方向移動(dòng)。,62,結(jié)構(gòu)連通后且VG=0時(shí)：,Wm,Ws,Ec,Ev,SiO2,EFm,EFs,63,結(jié)構(gòu)還未連接時(shí)：,64,接觸電勢(shì)差qVms ：因功函數(shù)不同而 產(chǎn)生的電勢(shì)差。,qVms,qVi,EF,Ei,Ec,Ev,SiO2,VG0,Wm-Ws =q（Vms+Vi）qVms,：WmWs的情況。,65,如何恢復(fù)平帶狀況？,VG=-Vms,加上負(fù)柵壓,66,使能帶恢復(fù)平直的柵電壓,CFB,VFB1,平帶電壓VFB1,4、絕緣層電荷對(duì)MIS 結(jié)構(gòu)C-V特性的影響,68,（1A）假設(shè)在SiO2中距離金屬- SiO2界面x處有一層正電荷,do,假定Wm=Ws,討

14、論：,69,恢復(fù)平帶的方法：,VG0,使能帶恢復(fù)平直的柵電壓,70,使能帶恢復(fù)平直的柵電壓,71,（2）一般情況：正電荷在SiO2中有一定的體分布,72,73,真實(shí)的Si-SiO2系統(tǒng)性質(zhì),Si-SiO2系統(tǒng) 硅表面SiO2形成方法：熱氧化或化學(xué)汽相沉積法 表面SiO2結(jié)構(gòu)：薄膜呈無(wú)定形玻璃狀，近程有序的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，基本單元是一個(gè)由硅氧原子組成的四面體 外來(lái)雜質(zhì)主要類型：一是P、B等替位式雜質(zhì)，它們替代Si位于四面體的中心；另一種是間隙式雜質(zhì)，它們存在于網(wǎng)絡(luò)間隙之中，如鈉、鉀等大離子，易于攝取四面體中的一個(gè)橋鍵氧原子，形成一個(gè)金屬氧化物鍵而削弱或破壞網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致雜質(zhì)原子易于遷移或擴(kuò)散。,7

15、4,硅器件真實(shí)的表面上，二氧化硅薄膜。存在多種形式的電荷或能量狀態(tài),75,二氧化硅中的可動(dòng)離子 雜質(zhì)在二氧化硅中擴(kuò)散時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)具有以下形式：實(shí)驗(yàn)顯示Na原子的擴(kuò)散系數(shù)最大 鈉離子的漂移可引起二氧化硅層中電荷分布的變化，從而影響C-V特性關(guān)系。將引起MOS結(jié)構(gòu)的C-V特性曲線沿電壓軸發(fā)生漂移，漂移量的大小和鈉離子的數(shù)量及其在二氧化硅層中的分布情況有關(guān)。,76,溫度偏壓實(shí)驗(yàn),1狀態(tài),溫度偏壓實(shí)驗(yàn),77,溫度偏壓實(shí)驗(yàn),溫度偏壓實(shí)驗(yàn),2狀態(tài),78,溫度偏壓實(shí)驗(yàn),溫度偏壓實(shí)驗(yàn),3狀態(tài),79,溫度偏壓實(shí)驗(yàn),溫度偏壓實(shí)驗(yàn),溫度偏壓實(shí)驗(yàn) QNaCoVFB 鈉離子數(shù)為： NNaQNa /q,80,二氧化硅層中

16、的固定表面電荷作用 固定表面電荷特點(diǎn)： 這種電荷的面密度是固定的。電荷量不隨能帶彎曲而變化，既是說(shuō)這種電荷不能進(jìn)行充放電。 Qfg電荷位于硅二氧化硅界面的20nm范圍以內(nèi)。 Qfg值受氧化層厚度或硅中雜質(zhì)類型及濃度的影晌不明顯 .Qfg與氧化和退火條件、以及硅晶體的取向有很顯著的關(guān)系。 一般在硅和二氧化硅界面固定表面電荷為正電荷，過(guò)剩硅離子是產(chǎn)生原因。,81,二氧化硅層中的固定表面電荷作用 固定表面電荷的存在也引起MOS結(jié)構(gòu)C-V特性曲線發(fā)生變化。固定帶正電表面電荷引起半導(dǎo)體表面層中能帶向下彎曲。要恢復(fù)平帶情況，需要在金屬與半導(dǎo)體間加一負(fù)電壓，即平帶點(diǎn)沿電壓軸向負(fù)方向移動(dòng)一個(gè)距離。,82,固定

17、表面電荷分布靠近硅二氧化硅界面，近似地認(rèn)為這電荷就分布在界面處，故平帶電壓 再考慮金屬和半導(dǎo)體功函數(shù)差的影響，則得總平帶電壓： 則電位面積固定電荷數(shù)量：,83,硅二氧化硅界面處的快界面態(tài)快界面態(tài) 快表面態(tài)是指存在于硅二氧化硅界面處且能量值位于硅禁帶中的些分立或連續(xù)的電子能態(tài)。由于這些界面態(tài)相對(duì)于吸附于二氧化硅外表面的分子、原子等所引起的外表面態(tài)來(lái)說(shuō),可以迅速地和半導(dǎo)體導(dǎo)帶或價(jià)帶交換電荷，所以稱為快界面態(tài)。 界面態(tài)一般也分為施主和受主兩種。不論能級(jí)在禁帶中的位置如何，若能級(jí)被電子占據(jù)時(shí)呈電中性，釋放電子后呈正電性，則都稱為施主型界面態(tài)；若能級(jí)空著時(shí)為電中性狀態(tài)而接受電子后帶負(fù)電，則稱為受主型界面

18、態(tài) 電子占據(jù)施主和受主界面態(tài)的分布函數(shù)如下，其中ESD和ESA分別為施主或受主界面態(tài)的能值，g為基態(tài)簡(jiǎn)并度,84,85,二氧化硅中的陷阱電荷 硅二氧化硅界面附近，還常常存在一些載流子陷阱當(dāng)射線、射線、電子射線等能產(chǎn)生電離的輻射線通過(guò)氧化層時(shí)，可在二氧化硅中產(chǎn)生電子空穴對(duì)。 如果氧化物中沒(méi)有電場(chǎng)，電子和空穴將復(fù)合掉，不會(huì)產(chǎn)生凈電荷。如果氧化層中存在電場(chǎng)時(shí)，因電子在二氧化硅中可以移動(dòng)，將被拉向柵極，空穴在二氧化硅中很難移動(dòng)可能陷入陷阱中。這些陷阱捕獲了空穴就表現(xiàn)為正的空間電荷。,86,表 面 電 導(dǎo),垂直于表面方向的電場(chǎng) 表面電導(dǎo),87,表面載流子的有效遷移率,距離表面x處電子電導(dǎo)率為,電子有效遷

19、移率,表面層內(nèi)電子形成的單位面積電荷,88,表面電場(chǎng)對(duì)pn結(jié)特性的影響,1 n區(qū)摻雜比襯底摻雜重得多; 2 假定半導(dǎo)體表面沒(méi)有任何表面態(tài); 3 金屬柵與半導(dǎo)體間亦無(wú)功函數(shù)差.,襯底接地,89,不加表面電場(chǎng)時(shí)， 能帶在x方向沒(méi)有 變化，只在y方向 有變化，這是由n 區(qū)和p區(qū)之間的自 建電壓引起的。 在柵上加電壓VG 后，如果p-n結(jié)上 不加電壓，這 時(shí)柵控二極管將 仍處于平衡情況， 因而半導(dǎo)體中費(fèi) 米能級(jí)處處相等。,90,在柵電壓的表面電場(chǎng)作用下，柵下面的P區(qū)表面層將發(fā)生耗盡和反型。以VT表示使柵下面p區(qū)表面處開(kāi)始發(fā)生強(qiáng)反型所需的柵電壓，習(xí)慣上稱這個(gè)電壓為開(kāi)啟電壓。由圍中可看到，當(dāng)p區(qū)表面反型時(shí)

20、， 場(chǎng)感應(yīng)結(jié)。 當(dāng)柵電壓VG大于VT時(shí)，p區(qū)表面處因反型面產(chǎn)生電子積累，表面處的導(dǎo)帶底應(yīng)下降到靠近費(fèi)米能級(jí)。這表示從p區(qū)內(nèi)部到表面發(fā)生了能帶向下彎曲，能帶圖成為圖中所示那樣。 根據(jù)平衡情況空間電荷區(qū)理論，在表面開(kāi)始強(qiáng)反型后，耗盡區(qū)寬度達(dá)到最大值，并且不再隨VG的增大而增大，這時(shí)表面勢(shì)認(rèn)可近似地表示為認(rèn)；2VB。,91,非平衡情況,考慮在pn結(jié)上加反 向偏壓的情況：令VT(VR)表 示當(dāng)p-n結(jié)上有偏壓VR時(shí)， 使p區(qū)表面反型所必須的 柵電壓。這個(gè)電壓比零 偏結(jié)的開(kāi)啟電壓VT要大。 這是因?yàn)橥饧臃聪蚱珘?降低了電子的準(zhǔn)費(fèi)米能 級(jí)，因此即使表面處能 帶彎曲得如圖右表面平 衡情形那樣低，導(dǎo)帶仍 不能

21、足夠接近電子的準(zhǔn) 費(fèi)米能級(jí)而引起反型。 當(dāng)柵電壓VG小于VT(VR) ，即其大小還不足以使 p區(qū)表面反型時(shí)，表面只 發(fā)生耗盡。,92,圖表示柵電壓VG大于VT(VR) ，在P區(qū)表面形成反型層時(shí) 的能帶因形成的表面反型層 是一個(gè)高電導(dǎo)區(qū)，并與n區(qū)連通，其電勢(shì)應(yīng)和n區(qū)幾乎相等，故反型層表面處的導(dǎo)帶底位 置如圖中那樣和n區(qū)導(dǎo)帶底 接近。又因?yàn)閜區(qū)內(nèi)部導(dǎo)帶 底位置較n區(qū)導(dǎo)帶底高q(VR+VD)，且VD近似等于 2VB，故開(kāi)始發(fā)生強(qiáng)反型時(shí) 的表面勢(shì)可以近似表示為 VS=VR+2VB,93,和平衡情況一樣，在表面反型后 由于反型層中積累電的屏蔽作用， 耗盡區(qū)寬度達(dá)到最大值xdm但是 這個(gè)寬度現(xiàn)在是反偏壓V

22、R的函數(shù)， 實(shí)際上，它是在n型反型層和其下 的P間形成的場(chǎng)感應(yīng)結(jié)的反偏耗盡 區(qū)寬度。,所以,94,在表面反型前，根據(jù)耗盡假設(shè)，表面層中電荷 主要是電離受土的負(fù)電荷，故單位面積的電荷是,強(qiáng)反型開(kāi)始后,95,在第6章關(guān)于pn結(jié)的討論中，曾經(jīng)得出，硅P-n結(jié)在室溫下的反向電流中，擴(kuò)散電流微不足道，而主要部分是由耗盡區(qū)復(fù)合產(chǎn)生中心的作用而產(chǎn)生的電天空穴對(duì)所引起的。因此，對(duì)于硅P-n結(jié)情形，反向電流的大小取決于結(jié)耗盡區(qū)復(fù)合中心的總數(shù)。根據(jù)這一想法，現(xiàn)在考慮表面電場(chǎng)對(duì)硅p-n結(jié)反向電流的影響。 為了與場(chǎng)感應(yīng)紹區(qū)別，稱原來(lái)由摻雜形成的Pn結(jié)為冶金結(jié)。,96,在(c)的情形中，由于柵下面的表而反型而形成了場(chǎng)感

23、應(yīng)結(jié)，這個(gè)結(jié)的耗盡區(qū)的復(fù)合產(chǎn)生中心也應(yīng)對(duì)產(chǎn)生電流有貢獻(xiàn)，因而產(chǎn)生的電流比單純冶金結(jié)情形要大。 在情形(b)，表面層耗盡，耗盡層寬度隨柵電壓VG增加，由表面耗盡區(qū)貢獻(xiàn)的產(chǎn)生電流分量也隨之增加。 一旦表面反型，xd達(dá)到其最大值，這個(gè)電流分旦將不再增加。,97,冶金結(jié)產(chǎn)生電流,耗盡區(qū)產(chǎn)生電流,表面耗盡區(qū)產(chǎn)生電流,98,載流子產(chǎn)生率,冶金結(jié)產(chǎn)生電流,耗盡區(qū)產(chǎn)生電流,表面耗盡區(qū)產(chǎn)生電流,完全耗盡界面單位面積產(chǎn)生率,99,正向偏壓-復(fù)合電流,正向復(fù)合電流,上式是僅考慮了冶金結(jié)耗盡區(qū)復(fù)合電流的情形。 場(chǎng)感應(yīng)結(jié)和界面同樣也可以對(duì)復(fù)合電流有頁(yè)獻(xiàn)， 且類似關(guān)系也近似成立。因此，加上場(chǎng)感應(yīng)結(jié) 和表面電流分量，最大正

24、向復(fù)合電流可近似由下式給出：,100,當(dāng)柵電壓使襯底表面反型時(shí)將存在一 個(gè)和冶金結(jié)并聯(lián)的場(chǎng)感應(yīng)結(jié)。 這個(gè)場(chǎng)感應(yīng)結(jié)有它自己的擊穿電壓，而且在很多情況下，其擊穿 電壓比冶金結(jié)的要低。 這時(shí)，當(dāng)反向電壓增加到超過(guò)場(chǎng)感應(yīng)結(jié)的擊穿電壓V(BR)FJ時(shí)，由于場(chǎng)感應(yīng)結(jié)開(kāi)始擊穿，電流隨電壓迅速增加。這個(gè)電流沿著反型層流向P型區(qū)，并隨著反向電壓進(jìn)一步的增加而達(dá)到一個(gè)飽和值。繼續(xù)增加反向電壓到超過(guò)冶金結(jié)的擊穿電壓V(BR)MJ M時(shí)電流再次 迅速增加。這種電流電壓特性表示稱做溝通特性。,101,重?fù)诫s區(qū)上部形成的場(chǎng)感應(yīng)結(jié),如果場(chǎng)感應(yīng)結(jié)形成在p+區(qū)，因?yàn)閳?chǎng)感應(yīng)結(jié)是在高摻雜材料的上部 形成，其擊穿電壓將會(huì)很低，在小的反向電壓下就開(kāi)始有溝道電流。 在高雜質(zhì)濃度情況時(shí)，擊穿機(jī)構(gòu)是齊納擊穿。,102,齊納擊穿有一個(gè)特征，即在零點(diǎn)附近兩邊電流電壓特性是