半導(dǎo)體器件物理(第七章)_施敏_第二版

1、第7章 MESFET及相關(guān)器件 n7.1 金屬-半導(dǎo)體接觸n7.2 金半場效應(yīng)晶體管（MESFET）n7.3 調(diào)制摻雜效應(yīng)晶體管本章主題 n整流性金半接觸及電流電壓特性n歐姆性金半接觸及特定接觸電阻nMESFET及其高頻表現(xiàn)nMODFET及二維電子氣nMOSFET、MESFET、MODFET比較7.1 金屬-半導(dǎo)體接觸7.1.1 基本特性金屬與n型，理想情況，勢壘高度為金屬功函數(shù)與電子親和力之差：qxqqmBn金屬與p型，勢壘高度為：qxqEqmgBp金屬和n半導(dǎo)體接觸能帶圖(WnWs)（a）接觸前 （b）間隙很大 （c）緊密接觸 （d）忽略間隙 對已知半導(dǎo)體與任一金屬而言，在n型和p型襯底上

2、勢壘高度和恰好為半導(dǎo)體的禁帶寬度公式如下gBpBnEq)(內(nèi)建電勢：nBnbiVV電荷、電場分布qNDSW0EW0XX-Em與單邊突變結(jié)p+-n結(jié)類似相關(guān)公式1SDmSDmSDWqNExqNExWqNxE)(相關(guān)公式2相關(guān)公式3dVCdqNNqVVCWVQCSDDSbiSSC/)/1(12)(21227.1.2 肖特基勢壘 肖特基勢壘指一具有大的勢壘高度（也就是， ） 以及摻雜濃度比導(dǎo)帶或價(jià)帶上態(tài)密度低的金屬半導(dǎo)體接觸，其電流主要由多數(shù)載流子完成。kTBpBn或熱電子發(fā)射過程的電流輸運(yùn)肖特基勢壘電流電壓特性kTqTAJkTqVJJBnSSexp*1exp2 在熱電子發(fā)射情況下，金屬半導(dǎo)體接觸的

3、電流電壓表示為A*稱為有效理查遜常數(shù)少數(shù)載流子電流密度DPipPPPNLnqDJkTqVJJ2001)exp( 通常，少數(shù)載流子電流比多數(shù)載流子電流少數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。7.1.3 歐姆接觸n當(dāng)一金屬半導(dǎo)體的接觸電阻相對于半導(dǎo)體主體或串聯(lián)電阻可以忽略不計(jì)，就叫做歐姆電阻n歐姆電阻的一個(gè)指標(biāo)為特定接觸電阻10vCVJR低摻雜濃度的金半)exp(*kTqTqAkRBnC高摻雜濃度的金半DBnSnDBnCNmNCR4expexp27.2 金半場效應(yīng)晶體管7.2.1 器件結(jié)構(gòu)MESFET具有三個(gè)金屬半導(dǎo)體接觸，一個(gè)肖特基接觸作為柵極以及兩個(gè)當(dāng)作源極與漏極的歐姆接觸，主要器件參數(shù)包含柵極長度L，柵極寬度Z以及外

4、延層厚度a，大部分MESFET是用n型-族化合物半導(dǎo)體制成。7.2.2 工作原理工作原理不同偏壓下，MESFET耗盡區(qū)寬度變化與輸出特性n溝道電阻)(WaZNqLANqLALRDnDn飽和電壓0,22GbiSDDsatVVaqNV在此漏極電壓時(shí)，漏極和源極被夾斷，此時(shí)漏極電流稱為飽和電流IDsat 。GbiSDDsatVVaqNV22加入VG使得柵極接觸被反偏，當(dāng)VG增大至一特定值時(shí)，耗盡區(qū)將觸到半絕緣襯底，此時(shí)VD為飽和電壓。7.2.3 電流電壓特性電流電壓方程式SDPSDnPPbiGPbiGDPDPaqNVLaNqZIVVVVVVVVVII2,2323223222/ 32/ 3線性區(qū)Dbi

5、GPPPVGDmDPbiGPPDVVVVVIVIgVVVVVIID22/121飽和區(qū)PbiGDnmbiGPDsatPbiGPbiGPDsatVVVLaqNZgVVVVVVVVVVII132312/3擊穿電壓：VB=VD+|VG|擊穿區(qū)閾值電壓：22TGSnDsatPbiTVVaLZIVVV跨導(dǎo)：TGSnmVVaLZgMESFET增強(qiáng)型模式兩種模式特性比較7.2.4 高頻性能截止頻率：MESFET無法再將輸入信號(hào)放大的頻率。LvWZLWZvCgfssssGmT2/2/2要增加截止頻率必須縮小柵極長度和使用高速度的半導(dǎo)體。不同種類半導(dǎo)體中，電子漂移速度與電場關(guān)系圖7.3 調(diào)制摻雜場效應(yīng)晶體管傳統(tǒng)MODFET結(jié)構(gòu)7.3.1 MODFET的基本原理MODFET為異質(zhì)結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)器件PCBnTdSDDSPVqEVdqNxdxxNqV0212)(相關(guān)公式增強(qiáng)型MODFET的能帶圖7.3.2 電流-電壓特性DTGinVVVCLZITGDsatVVV2012TGSnVVdddLZIMODFET的電流-電壓特性可利用類似MOSFET的漸變溝道近似法來求得。線性區(qū)飽和區(qū)對高速工作狀態(tài)而言，載流子速度達(dá)到飽和，此時(shí)飽和區(qū)電流、跨導(dǎo)和截止頻率：)(TGissssat