12.1集成電路材料2.2半導體基礎知識2.3PN結與結型二極管2.4雙極型晶體管2.5MOS晶體管第二章 IC制造材料結構與理論2

2.2.1半導體的晶體結構固體材料分為兩類：晶體和非晶體。從外觀看晶體有一定的幾何外形，非晶體沒有一定的形狀。

用來制作集成電路的硅、鍺等都是晶體，而玻璃、橡膠等都是非晶體。32.2.2本征半導體與雜質半導體本征半導體是一種完全純凈的、結構完整的半導體晶體。但是，當半導體的溫度升高或受到光照等外界因素的影響時，本征激發所產生的自由電子和空穴數目是相同的。在外加電場作用下，電子和空穴的運動方向相反，但由于電子和空穴所帶電荷相反，因而形成的電流是相加的，即順著電場方向形成電子和空穴兩種漂移電流。4雜質半導體根據摻入雜質性質的不同，雜質半導體可以分為N型半導體和P型半導體。5P型半導體摻入少量的3價元素，如硼、鋁或銦，有3個價電子，形成共價鍵時，缺少1個電子，產生1個空位。空穴為多數載流子，電子為少數載流子。3價雜質的原子很容易接受價電子，稱為“受主雜質”。6N型半導體摻入少量的5價元素，如磷、砷或銻，有5個價電子，形成共價鍵時，多余1個電子。電子為多數載流子，空穴為少數載流子。在半導體內產生多余的電子，稱為“施主雜質”。72.1了解集成電路材料2.2半導體基礎知識2.3PN結與結型二極管2.4雙極型晶體管2.5MOS晶體管第二章 IC制造材料結構與理論82.3.1PN結的擴散與漂移由于兩種半導體內帶電粒子的正、負電荷相等，所以半導體內呈電中性。圖2.2PN結的形成9擴散運動由于PN結交界面兩邊的載流子濃度有很大的差別，載流子就要從濃度大的區域向濃度小的區域擴散。P區中的空穴向N區擴散，在P區中留下帶負電荷的受主雜質離子；而N區中的電子向P區擴散，在N區中留下帶正電荷的施主雜質離子。在緊靠接觸面兩邊形成了數值相等、符號相反的一層很薄的空間電荷區，稱為耗盡層，這就是PN結。10圖2.3平衡狀態下的PN結在耗盡區中正負離子形成了一個電場ε，其方向是從帶正電的N區指向帶負電的P區的。這個電場一方面阻止擴散運動的繼續進行；另一方面，將產生漂移運動，即進入空間電荷區的空穴在內建電場ε作用下向P區漂移，自由電子向N區漂移。

漂移運動和擴散運動方向相反。動態平衡時，擴散電流和漂移電流大小相等、方向相反，流過PN結的總電流為零。擴散電流漂移電流擴散：濃度差漂移：電場

112.3.2PN結型二極管(a)圖2.4PN結二極管(a)結構(b)符號(c)I-V特性曲線12PN結電學特性

具有單向導電性，即正向外加電壓作用下，電流呈指數規律急劇增加；在反向電壓作用下，最多只有一個很小的反向電流流通。132.3.3肖特基結二極管圖2.5

金屬與半導體接觸

加反向電壓時，金屬到半導體的電子流占優勢，形成從半導體到金屬的反向電流。當反向電壓提高，由于從金屬到半導體的電子流是恒定的，反向電流將趨于飽和。可見，阻擋層具有類似于PN結的伏安特性。

金屬與半導體在交界處形成阻擋層。以N型半導體為例，當在金屬端外加正電壓時，形成一股從金屬到半導體的正向電流，該電流是由N型半導體中多數載流子電子構成的。14基于GaAs和InP的MESFET和HEMT器件中，其金屬柵極與溝道材料之間形成的結就屬于肖特基結。因此，它們的等效電路中通常至少包含柵-源和柵-漏兩個肖特基結二極管。152.3.4歐姆型接觸在半導體器件與集成電路制造過程中，半導體元器件引出電極與半導體材料的接觸也是一種金屬-半導體結。但是我們希望這些結具有雙向低歐姆電阻值的導電特性，也就是說，這些結應當是歐姆型接觸，或者說，這里不應存在阻擋載流子運動的“結”。工程中，這種歐