电子科技大学：《薄膜晶体管原理与技术》课程教学资源（课件讲稿）第1章 MIS场效应晶体管基础

第1章MIS场效应晶体管基础 目录 1.1半导体中的电子状态与载流子 1.2载流子的传输 1.3pn结和金属-半导体接触 1.4金属-绝缘层-半导体(MS)结构 1.5MS场效应晶体管 本章重点 (1)TFT和MOS FET的结构与工作原理 (2)基于MISFET的最简模型得到场效应管的特性参数

目录 1.1 半导体中的电子状态与载流子 1.2 载流子的传输 1.3 pn结和金属-半导体接触 1.4 金属-绝缘层-半导体(MIS)结构 1.5 MIS场效应晶体管 第1章 MIS场效应晶体管基础 （1）TFT和MOS FET的结构与工作原理 （2）基于MISFET的最简模型得到场效应管的特性参数 本章重点

1.1半导体中的电子状态与载流子 1.1.1半导体材料的结构与能带形成 1.1.2半导体中的载流子 1.1.3半导体中载流子的统计分布

1.1 半导体中的电子状态与载流子 、 1.1.1 半导体材料的结构与能带形成 1.1.2 半导体中的载流子 1.1.3 半导体中载流子的统计分布

1.1.1半导体材料的结构与能带形成 按照构成固体的粒子在空间的排列情况，可以将固体分为： (a)无定形 )多晶 (C单晶 不存在 在小区域 固体内的原子 长程有序 内完全有序 排列有序的阵列

按照构成固体的粒子在空间的排列情况，可以将固体分为： 1.1.1 半导体材料的结构与能带形成

以硅单晶体为例 硅晶体中任何一原子都有4个最近邻的原子与之形成共价 键。一个原子处在正四面体的中心，其它四个与它共价的 原子位于四面体的顶点，向空间无限伸展成空间网状结构 -金刚石结构

以硅单晶体为例 硅晶体中任何一原子都有4个最近邻的原子与之形成共价 键。一个原子处在正四面体的中心，其它四个与它共价的 原子位于四面体的顶点,向空间无限伸展成空间网状结构 ----金刚石结构

硅原子能级分裂成为能带 导带 电子能量 Ec Eg=带隙 反键态 导带 Ev 价带 8p3 Er 价带 成键态 硅原子 硅晶体

硅原子 硅晶体 导带 价带 EF 反键态 成键态 电 子 能 量 价带 导带 Eg=带隙 Ec Ev 硅原子能级分裂成为能带

1.1.2半导体中的载流子 硅单晶半导体中的载流子指的是导带中的电子 和价带内的空穴-一统称为载流子，是在电场 作用下能作定向运动的带电粒子

1.1.2 半导体中的载流子 • 硅单晶半导体中的载流子指的是导带中的电子 和价带内的空穴---统称为载流子，是在电场 作用下能作定向运动的带电粒子

1.本征半导体：--不含杂质的半导体 施主杂质的电离能 2.杂质半导体：-含有少量杂质的半导体 例在硅单晶半导体中掺入五价砷(A)所形成的半导体 n型半导体（施主杂质半导体） Si 导带 施主能级 价带

1. 本征半导体：---不含杂质的半导体 2. 杂质半导体：---含有少量杂质的半导体 n型半导体（施主杂质半导体） 例在硅单晶半导体中掺入五价砷（AS）所形成的半导体                   0 e ion H s 0 m E E m 施主杂质的电离能

1.1.3半导体中载流子的统计分布 在量子力学中，微观粒子的运动状态称为量子态 态密度定义为 单位体积中，单位能量间隔内的量子态数目 若导带中对于能量为E的一个量子态被一个电子占据的概率为E),则可以计 算出热平衡状态下非简并半导体的导带中的电子总数为 =∫Ef(Eg(EE 温度为T（绝对温度)的热平衡态下，半导体中电 子占据能量为E的量子态的概率是（费米狄拉克统 f(E)= (B-Br 计分布) 1 exp

1.1.3 半导体中载流子的统计分布 在量子力学中，微观粒子的运动状态称为量子态 若导带中对于能量为E的一个量子态被一个电子占据的概率为f(E)，则可以计 算出热平衡状态下非简并半导体的导带中的电子总数为 0     c c E E n f E g E dE    态密度定义为 单位体积中，单位能量间隔内的量子态数目              k T E E f E B F 1 exp 温度为 1 T（绝对温度）的热平衡态下，半导体中电 子占据能量为E的量子态的概率是（费米狄拉克统 计分布）

掺杂半导体能带图 ● 888888 qOFn E E Er- EF 83888网 %% 死 重掺杂(p) 轻掺杂(p) 本征 轻掺杂(n) 重掺杂(n) 本征半导体的费米能级叫本征费米能级，在非简并情况下存在： 2 nopo=ni 费米势 4=号￡ q p与半导体的掺杂类型、掺杂浓度有关。对于 p型掺杂，pF>0;对于n型掺杂，pp<0

掺杂半导体能带图 本征半导体的费米能级叫本征费米能级，在非简并情况下存在： 2 n0 p 0  ni = i F F E E q   费米势 φF与半导体的掺杂类型、掺杂浓度有关。对于 p型掺杂，φF＞0；对于n型掺杂，φF＜0

1.2载流子的传输 ·指载流子浓度随时间的变化规律。载流子输运类型：漂移、扩散 和产生-复合

1.2 载流子的传输 • 指载流子浓度随时间的变化规律。载流子输运类型：漂移、扩散 和产生-复合