半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)課件.ppt

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1、半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ)PN結(jié)的形成NP空間電荷區(qū)XM空間電荷區(qū)－耗盡層XNXP空間電荷區(qū)為高阻區(qū)，因?yàn)槿鄙佥d流子正向偏置的PN結(jié)情形正向偏置時的能帶圖正向偏置時，擴(kuò)散大于漂移N區(qū)P區(qū)空穴：正向電流電子：P區(qū)N區(qū)擴(kuò)散擴(kuò)散漂移漂移PN結(jié)的反向特性N區(qū)P區(qū)空穴：電子：P區(qū)N區(qū)擴(kuò)散擴(kuò)散漂移漂移反向電流反向偏置時的能帶圖反向偏置時，漂移大于擴(kuò)散PN結(jié)的特性單向?qū)щ娦裕赫蚱梅聪蚱谜驅(qū)?，多?shù)載流子擴(kuò)散電流反向截止，少數(shù)載流子漂移電流正向?qū)妷篤bi~0.7V(Si)反向擊穿電壓Vrb§2.4雙極晶體管1.雙極晶體管的結(jié)構(gòu)由兩個相距很近的PN結(jié)組成：分為：

2、NPN和PNP兩種形式基區(qū)寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于少子擴(kuò)散長度發(fā)射區(qū)收集區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)收集結(jié)發(fā)射極收集極基極NPN晶體管的電流輸運(yùn)NPN晶體管的電流轉(zhuǎn)換電子流空穴流晶體管的直流特性共發(fā)射極的直流特性曲線三個區(qū)域：飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)4.晶體管的特性參數(shù)4.1晶體管的電流增益（放大系數(shù)〕共基極直流放大系數(shù)和交流放大系數(shù)?0、?兩者的關(guān)系共發(fā)射極直流放大系數(shù)交流放大系數(shù)?0、?4.晶體管的特性參數(shù)4.2晶體管的反向漏電流和擊穿電壓反向漏電流Icbo：發(fā)射極開路時，收集結(jié)的反向漏電流Iebo：收集極開路時，發(fā)射結(jié)的反向漏電流Iceo：基極極開路時，收集極－發(fā)射極的反向漏

3、電流晶體管的主要參數(shù)之一4.晶體管的特性參數(shù)（續(xù)）4.3晶體管的擊穿電壓BVcboBvceoBVeboBVeeo晶體管的重要直流參數(shù)之一4.晶體管的特性參數(shù)(續(xù))4.4晶體管的頻率特性?截止頻率f?：共基極電流放大系數(shù)減小到低頻值的所對應(yīng)的頻率值?截止頻率f?：特征頻率fT：共發(fā)射極電流放大系數(shù)為1時對應(yīng)的工作頻率最高振蕩頻率fM：功率增益為1時對應(yīng)的頻率5.BJT的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)垂直結(jié)構(gòu)與輸運(yùn)時間相關(guān)的尺寸由工藝參數(shù)決定，與光刻尺寸關(guān)系不大易于獲得高fT高速應(yīng)用整個發(fā)射上有電流流過可獲得單位面積的大輸出電流易于獲得大電流大功率應(yīng)用開態(tài)電壓VBE與尺寸、

4、工藝無關(guān)片間漲落小，可獲得小的電壓擺幅易于小信號應(yīng)用模擬電路輸入電容由擴(kuò)散電容決定隨工作電流的減小而減小可同時在大或小的電流下工作而無需調(diào)整輸入電容輸入電壓直接控制提供輸出電流的載流子密度高跨導(dǎo)缺點(diǎn)：存在直流輸入電流，基極電流功耗大飽和區(qū)中存儲電荷上升開關(guān)速度慢開態(tài)電壓無法成為設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)BJT的關(guān)鍵：獲得盡可能大的IC和盡可能小的IB當(dāng)代BJT結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：深槽隔離多晶硅發(fā)射極§2.5MOS場效應(yīng)晶體管MOS電容結(jié)構(gòu)MOSFET器件1.MOS電容電容的含義MOS結(jié)構(gòu)理想的MOS電容特性非理想的MOS電容特性關(guān)于電容平行板電容器+Q-QEd+-V面積A

5、電容C定義為：QVC＝斜率直流和交流時均成立一MOS結(jié)構(gòu)交流電容交流電容C定義為：+Q-QEd+-V面積A+?Q-?Q?VQVC（V〕＝斜率對于理想的交流電容，C與頻率無關(guān)這里理想指電容中沒有能量的耗散：1、忽略金屬引線的電阻（超導(dǎo)線〕2、介質(zhì)層不吸收能量非理想的電容：CidealRpRS半導(dǎo)體中的電容通常是交流電容例如：突變PN結(jié)電容和平行板電容器形式一樣+-VP+Nxd偏壓改變?V未加偏壓時的MOS結(jié)構(gòu)MOS電容的結(jié)構(gòu)MOS電容中三個分離系統(tǒng)的能帶圖功函數(shù)無偏壓時MOS結(jié)構(gòu)中由于功函數(shù)差引起的表面能帶彎曲平帶電壓平帶電壓－－使表面勢為0，所需在

6、柵上加的偏壓。施加偏壓后的不同狀態(tài)：積累、耗盡、反型MOS場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）金屬－半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MESFET）MOS場效應(yīng)晶體管（MOSFET）轉(zhuǎn)移特性曲線提取閾值電壓研究亞閾特性長溝MOSFET的輸出特性亞0.1微米MOSFET器件的發(fā)展趨勢N+(P+)N+(P+)P(N)SourceGateDrainN+(P+)作業(yè)討論P(yáng)MOS晶體管的工作原理第三章大規(guī)模集成電路基礎(chǔ)3.1半導(dǎo)體集成電路概述集成電路（IntergratedCircuit，IC）芯片（Chip,Die）硅片（Wafer）集成電路的成品率：Y

7、=硅片上好的芯片數(shù)硅片上總的芯片數(shù)100%成品率的檢測，決定工藝的穩(wěn)定性，成品率對集成電路廠家很重要集成電路發(fā)展的原動力：不斷提高的性能/價格比集成電路發(fā)展的特點(diǎn)：性能提高、價格降低集成電路的性能指標(biāo)：集成度速度、功耗特征尺寸可靠性主要途徑：縮小器件的特征尺寸增大硅片面積集成電路的關(guān)鍵技術(shù)：光刻技術(shù)(DUV)縮小尺寸：0.25~0.18mm增大硅片：8英寸~12英寸亞0.1mm：一系列的挑戰(zhàn)，亞50nm：關(guān)鍵問題尚未解決新的光刻技術(shù)：EUVSCAPEL(BellLab.的E-Beam)X-ray集成電路的制造過程：設(shè)計(jì)工藝加工測試封裝定義電路的輸入

8、輸出（電路指標(biāo)、性能）原理電路設(shè)計(jì)電路模擬(SPICE)布局(Layout)考慮寄生因素后的再模擬原型電路制備測試、評測產(chǎn)