Похожие презентации:
Неравновесные носители заряда в полупроводниках
1. НЕРАВНОВЕСНЫЕ НОСИТЕЛИ ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
2. Факторы, создающие неравновесное состояние
Неоднородный нагревОсвещение
Механические напряжения
Корпускулярные потоки
Электрические поля большой напряженности
Инжекция носителей тока
3. Оптическая генерация носителей тока
n' = (n + n)р' = (р + р)
Скорость фотогенерации - число носителей тока,
возбуждаемых в единице объёма полупроводника в единицу
времени.
= i . .
i - интенсивность светового потока ;
- коэффициент поглощения ;
- квантовый выход - число электронов или дырок или
электронно-дырочных пар, генерируемое одним поглощённым
фотоном .
4.
Скорость рекомбинации неравновесных носителейВремя жизни неравновесных носителей тока
e, h - время, в течение которого неравновесная
концентрация
соответствующих
носителей
тока
уменьшается в е раз.
Стационарная неравновесная концентрация:
n = e e = i e e
p = h h = i h h
5. Полная концентрация свободных электронов
n' = n + n =P
w
N w dw
Wc
Pw – неравновесная функция распределения
(отличная от равновесной функции Ферми-Дирака, но
стремящаяся к ней по мере приближения системы к
равновесному состоянию)
6.
n NC e,
(Wc We )
kT
p NV e
,
WV Wh
kT
We и Wh - квазиуровни Ферми для
электронов и дырок
7.
n p N C NV e,
,
N C NV e
(WC WV )
kT
(WC WV )
kT
n p n e
,
,
2
i
e
We Wh
kT
n
2
i
We Wh
kT
,
n p
We Wh kT ln
2
ni
,
8. Уровень Ферми в собственном полупроводнике
WcWF
Wv
WF
Wg
2
9. Уровень Ферми в собственном полупроводнике в неравновесных условиях
WcWe
,
Wh
Wv
n p
kT ln 2
ni
,
10. Вид функции распределения
WfF-D
Wf
0,5
1
11. Вид функции распределения
WPW
We
Wf
Wh
0,5
1
12. Вид функции плотности состояний
WNC
NWC
Wc
Wf
WV
NV
NWV
13. Распеделение электронов и дырок
Wn’
n
Wc
Wf
WV
p
p’
14. Спектры поглощения и фотопроводимости
W WCWV
Wos
α
σ
поглощение
фотопроводимость
λ
15. Спектры поглощения и фотопроводимости
W WCWV
Wos
α
σ
1
λ
16. Спектры поглощения и фотопроводимости
W WCWV
Wos
α
σ
2
1
λ
17. Спектры поглощения и фотопроводимости
W WCWV
Wos
α
σ
3
2
1
λ
18. Представление об экситоне
he
19. Спектр поглощения экситона
GaAs, 1,2 K1,0
α, см-1
n=1
n=2
n=3
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Eg
1,512
1,516
1,520
1,524
Энергия фотонов, эВ
20. Спектры поглощения и фотопроводимости
W WCWV
Wos
α
σ
4
3
2
1
λ
21.
W WCWV
Wos
α
σ
5
4
3
2
1
λ
22.
W WCWV
Wos
α
σ
6
5
4
3
2
1
λ
23.
W WCWV
Wos
α
σ
7
6
5
4
3
2
1
λ
24.
Движение носителей токаДиффузия – движение носителей тока,
являющееся следствием разности
концентраций.
Дрейф – движение носителей тока под
воздействием силы электрического поля.
25.
УРАВНЕНИЕ НЕПРЕРЫВНОСТИI e n
n
g
t
x e
g – скорость генерации электронов,
Ie- поток электронов, протекающий через единичную
поверхность, перпендикулярную оси х за единицу
времени,
n - концентрация неравновесных носителей тока
/электронов/,
τe - время жизни неравновесных электронов.
26. Первое и второе уравнения Фика:
Фикаn
I e De
x
D – коэффициент диффузии (м2·с-1)
n
n
De
2
t
x
2
27. Соотношение Эйнштейна:
De kTe
e
е – заряд электрона
LD - диффузионная
длина ,
D - коэффициент
диффузии
- время жизни
e
неравновесных
носителей тока
При диффузии с коэффициентом De носители тока
LD De e
(электроны) за время жизни е проходят путь, равный
диффузионной длине LDe.
28.
nnст
освещение
n0
время
29. ПОДВИЖНОСТЬ
μ = V / E;μ – подвижность см2/ В.с.
30. Рассеяние энергии носителей тока
1. Рассеяние на тепловых колебаниях решёткиT CT T
3
2
31.
2 2 kT
2
3
E П
4
C
m
5
* 2
3
2
k
3
2
T
ElП2 – квадрат смещения дна зоны проводимости при
единичной деформации,
CII - упругая постоянная для продольных волн
32. 2. Рассеяние на заряженных примесях (дефектах)
e4
2 m
*
2 2
1
sin ( )
2
4
σ- эффективное сечение рассеяния
θ - угол рассеяния
33.
П CП TП
8
3
2
3
2
kT 2
1
3
* 2
2 NП e m
3 kT
ln 1
1
2
3
e
N
П
NП – концентрация рассеивающей примеси
34.
Для вырожденных полупроводниковП
6270
1
NП
3
(Ом·см)
35. Правило аддитивности
11
1
T П
36.
3. Рассеяние на нейтральных примесях иструктурных дефектах кристалла
Для нейтральных примесных атомов
H
10
22
7.6 N H T
20 N H h
H 3
* 4
8 n m e
3
1
2
ρH- повышение удельного сопротивления материала
за счёт этого вида рассеяния:
ε – диэлектрическая проницаемость,
NH- концентрация нейтральной примеси,
n - концентрация носителей тока.
37. Зависимость подвижности электронов от температуры в InSb
узкозонный полупроводник (Wg = 0,18 эВ)аномально высокая подвижность электронов
μП Χ П Τ
3
2
T CT T
3
2
38. Диффузия и дрейф неравновесных основных носителей в случае монополярной проводимости
светn-тип
0
n N
d
Х
n – концентрация
фотогенерированных электронов
Nd+ - концентрация
положительных ионов
(ионизованных доноров)
39.
I ДИФdn
еDe
dx
I ДР en e ECT
объёмный заряд
dn
en е ECT еDe
0
dx
40.
n е ECTDe kT
e
e
Е
СТ
n0 kT
0
dn
De
dx
D
kT
e
e
e
kT 0 dn
n
dx
e n
0
41.
kT 0 dnn
dx
e n
0
2
dn
e
n
0
dx
n
kT 0
2
ln n
n
n0
nе
kT 0
0
x
0
х
42.
2ln n
n
n0
nе
kT 0
0
x
x
0
ln n 0 ln n x
2
en
0
kT 0
2
ln n ln n0 x
en
0
kT 0
43.
nnе
0
2
e n0
х
kT 0
0 kT
Lэ
2
e n0
n n0 e
x
Lэ
44.
n n0 ex
Lэ
Lэ
длина экранирования
или
толщина дебаевского
слоя
45.
n n0 eμ – максвелловское время релаксации,
t
0
ε - относительная диэлектрическая проницаемость
полупроводника
ε0 – диэлектрическая постоянная (8,85*10-12 Ф·м-1)
σ – удельная проводимость полупроводника (Ом-1 · м-1)
Перемещение носителей на Lэ происходит за μ,
эффективное время установления диффузионно-дрейфового
равновесия
46. Диффузия и дрейф неосновных носителей тока
p-типn<p0
n n0 e
x
LD
LD - диффузионная длина.
47.
Диффузионная длина LD расстояние, на которое диффузионноперемещаются неосновные носители
тока к тому моменту, когда их
неравновесная концентрация
уменьшится в е раз. Диффузионная
длина преодолевается за время
жизни .
диффузионная скорость
n ДИФ
LD
e
2
D
L
De
e LD LD
48.
При наложении эл.поля Еn ДР E
Если vДР >> vДИФ, то спад концентрации n вглубь
полупроводника остаётся экспоненциальным, но с иной
постоянной спада LДР, называемой дрейфовой
длиной:
L ДР E
Если vДР и vДИФ соизмеримы, то аналогичную
величину называют длиной затягивания.
49.
При совпадении векторовvДР
и
vДИФ
движение носителей ускоряется полем Lз
L3
диффузионное
> LD
2 LD
2
ДР
L
4 L L ДР
2
D
если скорости диффузии и дрейфа противоположно
направлены, то длина затягивания оказывается меньше
LD или вообще – направленной в противоположную
сторону.
50. Поверхностные явления
поверхностьОбрыв решетки – новые разрешенные
уровни (поверхностные, уровни Тамма)
-
N - тип
WC
WF
Wi
Lэ
WV
51. Поверхностные явления
поверхностьN - тип
+
+
+
+
+
+
+
+
+
WC
WF
Wi
Lэ
WV
52. Поверхностные явления
n n0 eW F W i
kT
p p0 e
Wi -
Wi WF
kT
энергия середины запрещенной зоны
53. Поверхностные явления
1. Обеднение. На поверхности заряд совпадающий сосновными носителями, но Wi и WF не пересекаются
2. Инверсия. На поверхности высокая плотность заряда,
совпадающего с основными носителями, Wi и WF
пересекаются. Т.е около поверхности концентрация
неосновных носителей больше, чем основных.
3. Обогащение. На поверхности заряд,
противоположный основными носителями.
54. Электрические переходы
55. Электрические переходы
Два полупроводника, одинаковой
природы, но с разными типами
проводимости (p-n переход)
=/=, но с различными уровнями
легирования (n+-n и p+-p переходы)
Металл - полупроводник
Полупроводники различной химической
природы (гетеропереходы)
Металл - диэлектрик – полупроводник
56. Образование p-n перехода
n-типWF
p-тип
57.
p-типn-тип
WF
58.
n-типWF
p-тип
59.
n-типWF
p-тип
60.
n-типWF
p-тип
61. Свойства p-n перехода
n-типp-тип
d
WF
к
62.
n - частьp - часть
ND=NA
pp
nn
dn
dp
pn
np
d
металлургическая
граница
63.
n - частьp - часть
+
nn
dp
pn
dn
ND>NA
pp
np
d
металлургическая
граница
64. Свойства p-n перехода
n-типp-тип
d
WF
к
65.
e k W Wn
F
p
F
pp
kT
nn kT
k
ln
ln
e
np
e
pn
N A ND
kT
k
ln
2
e
ni
66.
0 k N A N Dd dn d p 2
e
N A ND
Na
dn d
Na Nd
E max
2 k
d
Nd
dp d
Na Nd
67. Зависимость к от уровня легирования областей p-n перехода (Si, Т=300 К)
Зависимость к от уровня легированияобластей p-n перехода (Si, Т=300 К)
k, эВ
Wg
68. Зависимость к от температуры
Зависимость к от температурыk, эВ
ND·NA=1032
ND·NA=1028
69. Свойства p-n перехода
Прямое напряжение-
WF
WF
+
U
70. Свойства p-n перехода
Обратное напряжение+
-
U
WF
WF
71. Барьерная ёмкость
+-
0 S
C
d
U => d
р
n
d
=> C
e 0
N A ND
C S
2( k U ) N A N D
72. ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
+I-U
+U
-I
73. ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
+I-U
+U
-I
74.
ИНЪЕКЦИЯ НОСИТЕЛЕЙ ТОКАe
h
Ie
Ie
Ih
Ih
Ie Ih
- коэффициент инъекции
для электронов
- коэффициент
инъекции для дырок
где Ie - ток электронов и Ih - ток дырок.
75.
Iee
Ie Ih
1
1
1
Ih
pp
p
1
1
1
Ie
nn
n
= е·(n e + р h)
рp и nn - концентрации дырок в р-области и электронов в nобласти;
p и n - удельные проводимости р- и n-областей.
76. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
77. ВИДЫ p-n ПЕРЕХОДА
ND-NAх
78. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
1. При выращивании монокристаллов• изменение скорости роста
(от скорости зависит Красп.)
• добавлении примеси в шихту
2. Дальнейшая обработка монокристаллов
79. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
1. Контакт с металломметалл
Полупроводник
• Выпрямляющий (в области контакта
образуется обедненный электронами слой)
• Омический
80. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
1. Контакт с металломРабота выхода электрона - А
полупроводник
металл
81. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
1. Контакт с металломРабота выхода электрона - А
АМ>АП
n
n-
АМ<АП
n
АМ>АП
p
p+
n+
АМ<АП
p
p-
выпрямляющие
82. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
1. Контакт с металломN - тип
Металл
М
ПП
WC
WF
Wi
WV
83. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
Омический контактАМ>АП
N - тип
Металл
АМ
АПП
WC
WF
Wi
WV
84. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
1. Контакт с металломметалл
Полупроводник (n-типа)
85. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
3. СплавныеПолупроводник (р-типа)
Полупроводник (n-типа)
T
86. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
3. СплавныеРекристаллизованный слой
Фронт сплавки
Глубина залегания
T
87. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
3. СплавныеНедостатки сплавного метода:
• плохая воспроизводимость
• трудность регулировки
• большие размеры
• большое влияние ориентации кристаллов
88. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
4. ДиффузионныеЛегирующая примесь
П\п пластина
T
х
89. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
4. ДиффузионныеП\п пластина
Легирующая примесь
С примеси
NA
ND
х
90. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
4. ДиффузионныеДостоинства диффузионных методов:
• малые (до 0,001 мм2) площади
• контролируемые параметры – концентрации и
глубины залегания
• возможность проводить процесс с двух сторон
(транзистор)
91. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
4. ДиффузионныеС
NA
ND
х
p
n
92. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
4. ДиффузионныеС
ND
NA
ND
х
n
p
n
93. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
4. Планарная технологияp
n
p
n
94. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
4. Планарная технологияСветовая экспозиция (УФ)
фотошаблон
фоторезист
SiO2
P - Si
95. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
4. Планарная технологияНF
фоторезист
SiO2
P - Si
96. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
4. Планарная технологияn-легирующая
примесь
SiO2
P - Si
97. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
4. Планарная технологияn - Si
SiO2
P - Si
98. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
5. Эпитаксиальные пленкиn-Si
p-Si
GaAs
p-Si
Автоэпитаксия
Гетероэпитаксия
(при близких постоянных
решетки)
99. МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ p-n ПЕРЕХОДА
6. Элинонная технологияПучок ионов
n-Si
С примеси
NA
ND
х
n
p
n