第七章-半导体器件ppt课件

我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第七章第七章 半导体器件基础半导体器件基础第七章 半导体器件基础1我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7.1 PN结结n nPN结的制备方法n n突变结和缓变结n nPN结7.1 PN结PN结的制备方法2我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7.1.1 PN结的制备方法结的制备方法n n合金法n n扩散法n n生长法n n离子注入法7.1.1 PN结的制备方法合金法3我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物合金法合金法n型 SiAl块Al液体铝硅合金结P型硅n型 Sin型 Si合金法n型 SiAl块Al液体铝硅合金结P型硅n型 Sin型4我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物扩散法扩散法N型硅氧化SiO2光刻扩散P型硅N型硅N型硅扩散法N型硅氧化光刻P型硅N型硅N型硅5我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物生长法生长法生长法6我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物离子注入法离子注入法离子注入法7我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7.1.2 突变结突变结n nN型区中施主杂质浓度为ND，均匀分布n nP型区中受主杂质浓度为NA，也是均匀分布n n在交界面，杂质浓度由NA突变为NDn n具有这种杂质浓度分布的PN结称为突变结7.1.2 突变结N型区中施主杂质浓度为ND，均匀分布8我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物突变结突变结NxNANDxjx突变结NxNANDxjx9我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物缓变结缓变结n n缓变结中，杂质浓度从缓变结中，杂质浓度从p p区到区到n n区是逐渐变化的区是逐渐变化的NxNANDxjx缓变结缓变结中，杂质浓度从p区到n区是逐渐变化的NxNAND10我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7.1.3 PN结结n nP，N型半导体接触前后n nPN结能带图7.1.3 PN结P，N型半导体接触前后11我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物P，N型半导体未接触前型半导体未接触前+N型半导体多子多子电子电子少子少子空穴空穴P型半导体多子多子空穴空穴少子少子电子电子P，N型半导体未接触前+N 型半导体多子12我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物内电场E因多子浓度差因多子浓度差形成内电场形成内电场多子的扩散多子的扩散 空间电荷区空间电荷区 阻止多子扩散，促使少子漂移。阻止多子扩散，促使少子漂移。PNPN结合结合空间电荷区空间电荷区多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层P，N半导体接触后半导体接触后内电场E因多子浓度差形成内电场多子的扩散空间电荷区 13我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物少子飘移少子飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散多子扩散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，耗尽层宽，E内电场E多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层少子飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散 14我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物漂移电流和扩散电流漂移电流和扩散电流n n1.1.漂移运动漂移运动 载流子在外电场作用下的运动称为漂移运动，由此引起的载流子在外电场作用下的运动称为漂移运动，由此引起的电流称为漂移电流。电流称为漂移电流。n n2.2.扩散运动扩散运动 半导体材料内部由于载流子的浓度差而引起载流子的移动半导体材料内部由于载流子的浓度差而引起载流子的移动称为载流子的扩散运动。称为载流子的扩散运动。漂移电流和扩散电流1.漂移运动15我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物几个概念几个概念n n空间电荷区空间电荷区 在在PNPN结的交界面附近，由于扩散运动使电子与空结的交界面附近，由于扩散运动使电子与空穴复合，多子的浓度下降，则在穴复合，多子的浓度下降，则在P P 区和区和N N 区分别出现了由不能移动区分别出现了由不能移动的带电离子构成的区域，这就是空间电荷区，又称为阻挡层，耗尽的带电离子构成的区域，这就是空间电荷区，又称为阻挡层，耗尽层，垫垒区。层，垫垒区。n n内部电场内部电场由空间电荷区（即由空间电荷区（即PNPN结的交界面两侧的带有相反极性结的交界面两侧的带有相反极性的离子电荷）将形成由的离子电荷）将形成由N N区指向区指向P P区的电场区的电场E E，这一内部电场的作用，这一内部电场的作用是阻挡多子的扩散，加速少子的漂移。是阻挡多子的扩散，加速少子的漂移。n n耗尽层耗尽层在无外电场或外激发因素时，在无外电场或外激发因素时，PNPN结处于动态平衡没有电结处于动态平衡没有电流，内部电场流，内部电场E E为恒定值，这时空间电荷区内没有载流子，故称为耗为恒定值，这时空间电荷区内没有载流子，故称为耗尽层。尽层。几个概念空间电荷区 在PN结的交界面附近，由于扩散运动16我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物热平衡动态平衡热平衡动态平衡n n多子扩散运动 扩散电流n n少子漂流运动 漂移电流动态平衡时，PN结总电流为零，形成一个稳定的空间电荷区。空间电荷区内只有不能移动的离子，是载流子不能停留的区域或载流子耗尽的区域，故又称耗尽层。热平衡动态平衡多子扩散运动 17我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物PN结能带图结能带图PN结能带图18我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7.1.4 总电子电流密度总电子电流密度n n总电子电流密度等于电子的漂移速度加上电子的扩散电流7.1.4 总电子电流密度总电子电流密度等于电子的漂移速度加19我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物补充：补充：补充：20我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物电子电流密度电子电流密度电子电流密度21我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物空穴电流密度空穴电流密度空穴电流密度22我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物总电流密度总电流密度总电流密度23我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物空间层势垒空间层势垒n n平衡平衡PNPN结的空间电荷区两端间的电势差结的空间电荷区两端间的电势差V VD D，称为，称为PNPN结的结的接触电势差或者内建电势差接触电势差或者内建电势差n nqVqVD D称为称为PNPN结的势垒高度结的势垒高度n n势垒高度正好补偿了势垒高度正好补偿了n n区和区和p p区的费米能级之差区的费米能级之差空间层势垒平衡PN结的空间电荷区两端间的电势差VD，称为PN24我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物第七章-半导体器件ppt课件25我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n n接触电势差和接触电势差和PNPN结两边的掺杂浓度、温度、材料的禁带结两边的掺杂浓度、温度、材料的禁带宽度等有关宽度等有关n n在一定的温度下，突变结两边掺杂浓度越高，接触电势差在一定的温度下，突变结两边掺杂浓度越高，接触电势差越大越大n n禁带宽度越大，禁带宽度越大，nini越小，越小，VdVd也越大也越大n n硅硅PNPN结的电势差比锗的大结的电势差比锗的大势垒势垒 UO硅硅 0.5V锗锗 0.1V接触电势差和PN结两边的掺杂浓度、温度、材料的禁带宽度等有关26我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物理想理想PN结模型结模型符合以下假设：符合以下假设：n n小注入条件，注入的少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小得多小注入条件，注入的少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小得多n n突变耗尽层条件，注入的少数载流子在突变耗尽层条件，注入的少数载流子在p p区和区和n n区是纯扩散运动区是纯扩散运动n n通过耗尽层的电子和空穴电流为常量，不考虑耗尽层中载流子的产生通过耗尽层的电子和空穴电流为常量，不考虑耗尽层中载流子的产生和复合和复合n n玻耳兹曼边界条件，在耗尽层两端，载流子分布满足玻耳兹曼统计分玻耳兹曼边界条件，在耗尽层两端，载流子分布满足玻耳兹曼统计分布布理想PN结模型符合以下假设：27我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物肖克莱方程式肖克莱方程式肖克莱方程式28我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物结论结论n nPN结具有单向导通性，在正向偏压下，正向电流密度呈指数关系变化；在反向偏压下，JJs，为常数，与外加电压无关n n温度对电流密度影响很大，Js随着温度的变化迅速增加结论PN结具有单向导通性，在正向偏压下，正向电流密度呈指数关29我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7.1.5 PN结击穿结击穿n n当当PNPN结上加的反向电压增大到一定数值时，反向电流突结上加的反向电压增大到一定数值时，反向电流突然剧增，这种现象称为然剧增，这种现象称为PlNPlN结的反向击穿。结的反向击穿。n nPNPN结出现击穿时的反向电压称为反向击穿电压，用结出现击穿时的反向电压称为反向击穿电压，用V VBRBR表表示。示。n n反向击穿可分为雪崩击穿、齐纳击穿和热点击穿三类。反向击穿可分为雪崩击穿、齐纳击穿和热点击穿三类。7.1.5 PN结击穿当PN结上加的反向电压增大到一定数值时30我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物雪崩击穿雪崩击穿n n当反向电压较高时，结内电场很强，使得在结内作漂移运当反向电压较高时，结内电场很强，使得在结内作漂移运动的少数载流子获得很大的动能。当它与结内原子发生直动的少数载流子获得很大的动能。当它与结内原子发生直接碰撞时，将原子电离，产生新的接碰撞时，将原子电离，产生新的“电子一空穴对电子一空穴对”。这。这些新的些新的“电子一空穴对电子一空穴对”，又被强电场加速再去碰撞其他，又被强电场加速再去碰撞其他原子，产生更多的原子，产生更多的“电子一空穴对电子一空穴对”。如此链锁反应，使。如此链锁反应，使结内载流子数目剧增，并在反向电压作用下作漂移运动，结内载流子数目剧增，并在反向电压作用下作漂移运动，形成很大的反向电流。这种击穿称为雪崩击穿。形成很大的反向电流。这种击穿称为雪崩击穿。n n显然雪崩击穿的物理本质是碰撞电离。显然雪崩击穿的物理本质是碰撞电离。雪崩击穿当反向电压较高时，结内电场很强，使得在结内作漂移运动31我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物齐纳击穿齐纳击穿n n齐纳击穿通常发生在掺杂浓度很高的齐纳击穿通常发生在掺杂浓度很高的PNPN结内。结内。n n由于掺杂浓度很高，由于掺杂浓度很高，PNPN结很窄，这样即使施加较小的反结很窄，这样即使施加较小的反向电压向电压(5v(5v以下以下)，结层中的电场却很强。在强电场作用下，结层中的电场却很强。在强电场作用下，会强行促使会强行促使PNPN结内原子的价电子从共价键中拉出来，形结内原子的价电子从共价键中拉出来，形成成“电子一空穴对电子一空穴对”，从而产生大量的载流子。它们在反，从而产生大量的载流子。它们在反向电压的作用下，形成很大的反向电流，出现了击穿。向电压的作用下，形成很大的反向电流，出现了击穿。n n显然，齐纳击穿的物理本质是场致电离。显然，齐纳击穿的物理本质是场致电离。齐纳击穿齐纳击穿通常发生在掺杂浓度很高的PN结内。32我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物一般地：n n 击穿电压UBR 6V 的属于雪崩击穿一般地：33我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物热电击穿热电击穿n n当当PNPN结施加反向电压时，流过结施加反向电压时，流过PNPN结的反向电流要引起热结的反向电流要引起热损耗，将产生大量的热能，引起结温上升；随着结温的上损耗，将产生大量的热能，引起结温上升；随着结温的上升，反向饱和电流密度也迅速上升，产生的热能也迅速上升，反向饱和电流密度也迅速上升，产生的热能也迅速上升，进而又导致结温上升。升，进而又导致结温上升。n n如此反复循环，最后使如此反复循环，最后使JsJs无限增大而发生击穿无限增大而发生击穿n n这种由于热不稳定性引起的击穿，称为热电击穿。这种由于热不稳定性引起的击穿，称为热电击穿。热电击穿当PN结施加反向电压时，流过PN结的反向电流要引起热34我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7.2 金属金属-半导体接触半导体接触n n功函数的概念n n接触电势差7.2 金属-半导体接触功函数的概念35我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物金属的功函数金属的功函数n n金属功函数的定义金属功函数的定义:真空中静止电子的能量真空中静止电子的能量 E E0 0 与与 金属的金属的 E EF F 能量之差，即能量之差，即EFWm 越大越大,金属对电子的束缚越强金属对电子的束缚越强金属的功函数金属功函数的定义:真空中静止电子的能量 E0 36我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物半导体的功函数半导体的功函数n n半导体功函数的定义半导体功函数的定义:真空中静止电子的能量真空中静止电子的能量 E E0 0 与与 半导体半导体的的 E EF F 能量之差，即能量之差，即E0ECEFEV Ws电子的亲合能电子的亲合能半导体的功函数半导体功函数的定义:真空中静止电子的能量 E37我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物金属金属-半导体接触前半导体接触前EvWs金属半导体金属-半导体接触前EvWs金属半导体38我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物金属金属-半导体接触后半导体接触后qVD金属-半导体接触后qVD39我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物讨论：讨论：n n金属和n型半导体接触时有两种情况 a：b：WmWs金属的功函数小于半导体的功函数金属的功函数大于半导体的功函数讨论：金属和n型半导体接触时有两种情况WmWs 金40我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1）WmWsn n金属和半导体接触时，电子将从金属流向半导体；金属和半导体接触时，电子将从金属流向半导体；n n在半导体表面形成负的空间电荷区；在半导体表面形成负的空间电荷区；n n电场方向由表面指向体内；电场方向由表面指向体内；n n半导体表面电子的能量低于体内的，能带向下弯曲半导体表面电子的能量低于体内的，能带向下弯曲在空间电荷区中，电子浓度要比体内大得多，在空间电荷区中，电子浓度要比体内大得多，因此它是一个高电导的区域，称为因此它是一个高电导的区域，称为反阻挡层反阻挡层。1）WmWs金属和半导体接触时，电子将从金属流向半导体；在41我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物反阻挡层反阻挡层（WmWs）EcEvEFWs-Wm-Wm金属和金属和 n 型半导体接触能带图型半导体接触能带图 反阻挡层薄反阻挡层薄,高电导高电导,对接触电阻影响小对接触电阻影响小反阻挡层（WmWsn n金属和半导体接触时，电子将从半导体流向金属；金属和半导体接触时，电子将从半导体流向金属；n n在半导体表面形成正的空间电荷区；在半导体表面形成正的空间电荷区；n n电场方向由体内指向表面；电场方向由体内指向表面；n n半导体表面电子的能量高于体内的，能带向上弯曲，形成半导体表面电子的能量高于体内的，能带向上弯曲，形成表面势垒。表面势垒。在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度要比在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度要比体内小得多，因此它是一个高阻的区域，称为体内小得多，因此它是一个高阻的区域，称为阻挡层阻挡层。2）WmWs金属和半导体接触时，电子将从半导体流向金属；在43我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物阻挡层（阻挡层（WmWs）金属和金属和 n型半导体接触能带图型半导体接触能带图 阻挡层厚阻挡层厚,高阻高阻,对接触电阻影响很大对接触电阻影响很大EcEv阻挡层（WmWs）金属和 n型半导体接触能带图 阻挡层厚,44我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物形成形成n型和型和p型阻挡层的条件型阻挡层的条件WmWsWmWsWm I IB Bn n(2)(2)基极电流基极电流I IB B增大时增大时,集电极电流集电极电流I IC C也随之增大也随之增大n n(3)(3)当当I IB B有微小变化时，有微小变化时，I IC C即有较大的变化。即即有较大的变化。即 值一般较值一般较大大晶体管的特性参数(1)IE=IC+IB，且IC IB57我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n n三极管的工作状态：截止、放大和饱和n n放大状态的条件：发射结正偏和集电结反偏。n n放大区的特征：IC由IB决定，具有恒流的特性。三极管的工作状态：截止、放大和饱和58我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物n n截止状态条件：基极截止状态条件：基极开路或发射结反偏。开路或发射结反偏。n n当三极管截止时，当三极管截止时，c c、e e之间的电压基本上等之间的电压基本上等于于UCCUCC，而，而IC0IC0，故，故三极管呈现出高电阻，三极管呈现出高电阻，c c、e e之间相当于断路。之间相当于断路。n n饱和状态：发射结、饱和状态：发射结、集电结都正偏。集电结都正偏。n n当三极管饱和时，无当三极管饱和时，无放大作用。放大作用。n n基极电流的变化不会基极电流的变化不会再引起集电极电流的再引起集电极电流的改变。改变。截止状态条件：基极开路或发射结反偏。饱和状态：发射结、集电结59我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7.3.2 异质结双极晶体管异质结双极晶体管（HBT）n n异质结双极晶体管是指发射区、基区和收集区由禁带宽度异质结双极晶体管是指发射区、基区和收集区由禁带宽度不同的材料制成的晶体管；不同的材料制成的晶体管；n n异质结双极晶体管与传统的双极晶体管不同，前者的发射异质结双极晶体管与传统的双极晶体管不同，前者的发射极材料不同于衬底材料，后者的整个材料是一样的，因而极材料不同于衬底材料，后者的整个材料是一样的，因而称为异质结器件。称为异质结器件。n n异质结双极晶体管的发射极效率主要由禁带宽度差决定，异质结双极晶体管的发射极效率主要由禁带宽度差决定，几乎不受掺杂比的限制。这就大大地增加了晶体管设计的几乎不受掺杂比的限制。这就大大地增加了晶体管设计的灵活性。灵活性。7.3.2 异质结双极晶体管（HBT）异质结双极晶体管是指发60我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物SiGe HBTn n19981998年年1010月月IBMIBM首次量产锗硅异质结双极晶体管（首次量产锗硅异质结双极晶体管（SiGe SiGe HBTHBT）。）。n n由于由于SiGe HBTSiGe HBT具有具有GaAsGaAs的性能，而与硅工艺的兼容性的性能，而与硅工艺的兼容性又使其具有硅的低价格，因此又使其具有硅的低价格，因此SiGeSiGe技术获得了长足的进技术获得了长足的进展展,SiGe HBT,SiGe HBT技术已成为技术已成为RFRF集成电路市场的主流技术之集成电路市场的主流技术之一，并对现代通信技术的发展产生了深远的影响。一，并对现代通信技术的发展产生了深远的影响。n nHBTHBT基的射频集成电路（基的射频集成电路（RFICRFIC）已在蜂窝移动电话末级）已在蜂窝移动电话末级功率放大器、基站驱动级、有线电视的光纤线路驱动器功率放大器、基站驱动级、有线电视的光纤线路驱动器上获得成功，证明上获得成功，证明HBTHBT的性能比通用的的性能比通用的MESFETMESFET的性能的性能更好。更好。SiGe HBT1998年10月IBM首次量产锗硅异质结双极61我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物HBT的优点的优点n n1.1.提高器件的电流增益提高器件的电流增益 E E级带隙大于级带隙大于B B级就形成了对级就形成了对B B级载流子的势垒，阻止了它级载流子的势垒，阻止了它在在B-EB-E结正向偏置时向结正向偏置时向E E级区的注入，提高了晶体管的发级区的注入，提高了晶体管的发射级注入效率从而提高了器件的电流增益。射级注入效率从而提高了器件的电流增益。n n2.2.提高器件的工作频率提高器件的工作频率 采用轻掺杂采用轻掺杂E E级和重掺杂级和重掺杂B B级，级，B B级的厚度可以很薄，可以级的厚度可以很薄，可以减少减少E-BE-B级间渡跃时间，提高器件的工作频率。级间渡跃时间，提高器件的工作频率。HBT的优点1.提高器件的电流增益62我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物重要的重要的HBT器件器件n nSiGe/Si；n nGaAlAs/GaAs；n nInGaAs/InP重要的HBT器件SiGe/Si；63我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7.3.3 场效应晶体管（场效应晶体管（FET）n n一般的晶体管是由两种极性的载流子，即多数载流子和反一般的晶体管是由两种极性的载流子，即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电，因此称为双极型晶体管；极性的少数载流子参与导电，因此称为双极型晶体管；n n而而FETFET仅是由多数载流子参与导电仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反它与双极型相反,也称也称为单极型晶体管。为单极型晶体管。n nFETFET应用范围很广应用范围很广,但不能说现在普及的双极型晶体管都可但不能说现在普及的双极型晶体管都可以用以用FETFET替代。替代。n n然而，由于然而，由于FETFET的特性与双极型晶体管的特性完全不同，的特性与双极型晶体管的特性完全不同，能构成技术性能非常好的电路。能构成技术性能非常好的电路。7.3.3 场效应晶体管（FET）一般的晶体管是由两种极性的64我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物场效应晶体管的类型场效应晶体管的类型n n1.结型FET（JFET）n n2.肖特基势垒栅（MESFET）n n3.绝缘栅FET（IGFET）场效应晶体管的类型1.结型FET（JFET）65我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物JFET基本结构基本结构JFET基本结构66我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物JFET示意图示意图n n通过通过GateGate来调节来调节ChannelChannel电流的大小电流的大小JFET示意图通过Gate来调节Channel电流的大小67我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物JFET工作原理工作原理（a）VD VP，（b）VD=VP，（c c）理想的漏极特性）理想的漏极特性 JFET工作原理（a）VD VP，68我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7.3.4 MOSFETn nMOSFETMOSFET是是Metal-Oxide-Silicon Field Effect TransistorMetal-Oxide-Silicon Field Effect Transistor的的英文缩写，平面型器件结构，英文缩写，平面型器件结构，n n按照导电沟道的不同可以分为按照导电沟道的不同可以分为NMOSNMOS和和PMOSPMOS器件。器件。n nMOSMOS器件基于表面感应的原理，是利用垂直的栅压器件基于表面感应的原理，是利用垂直的栅压VGSVGS实现对水平实现对水平IDSIDS的控制。的控制。n n它是多子（多数载流子）器件。它是多子（多数载流子）器件。7.3.4 MOSFETMOSFET是Metal-Oxide69我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物MOSFET基本结构基本结构MOSFET基本结构70我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物7.3.5 HEMTn nHEMTHEMT是是high electron mobility transistorhigh electron mobility transistor的缩写。的缩写。n n它是在调制掺杂它是在调制掺杂GaAlAs/GaAsGaAlAs/GaAs超晶格中观察到具有高迁移超晶格中观察到具有高迁移率的二维电子气的基础上，率的二维电子气的基础上，19801980年日本富士通公司研制成年日本富士通公司研制成功的一种新型场效应晶体管；功的一种新型场效应晶体管；n n这种器件一经问世，很快用于微波低噪声放大和高速集成这种器件一经问世，很快用于微波低噪声放大和高速集成电路等方面电路等方面7.3.5 HEMTHEMT是high electron m71我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物HEMT基本结构基本结构HEMT基本结构72