文档介绍：题目:半导体异质结的发展
及其性质的讨论
pn结是在一块半导体中用掺杂的办法做成两个导电类型不同的部分。一般pn结的两边是用同一种材料做成的,也称为“同质结”。广义上说,如果结两边是用不同的材料制成,就称为“异质结”,但一般所说的指两种不同半导体材料的接触构成的半导体异质结。根据结两边的半导体材料的导电类型,异质结可分为两类:反型异质结(p-n,n-p)和同型异质结(n-n,p-p)。另外,异质结又可分为突变型异质结和缓变型异质结,当前人们研究较多的是突变型异质结。
主要内容:
异质结器件的发展过程
异质结结构的物理性质
当前的一些研究进展
pn结是组成集成电路的主要细胞,50年代pn结晶体管的发明及其后的发展奠定了现代电子技术和信息革命的基础。
1947年12月,巴丁﹐J.﹑。
1949年肖克莱提出pn结理论,也称为理想pn结的肖克莱方程:
j=js(eqv/kt-1)
其中j=q(np0Dn/Ln+pnDp/Lp).
1957年,克罗默指出有导电类型相反的两种半导体材料制成
异质结,比同质结具有更高的注入效率。
1962年,Anderson提出了异质结的理论模型,他理想的假定
两种半导体材料具有相同的晶体结构,晶格常数和热膨胀系数,基本说明了电流输运过程。
1968年美国的贝尔实验室和苏联的约飞研究所都宣布做成了GaAs-AlxGa1-xAs双异质结激光器。
在70年代里,液向外延(LPE),汽相外延(VPE),金属有机化学
气相沉积(MO-CVD)和分子束外延(MBE)等先进的材料成长方法相
继出现,使异质结的生长日趋完善。
理想异质结的I-V曲线
异质结的结构:
N
P
空间电荷区XM
空间电荷区-耗尽层
XN
XP
空间电荷区为高阻区,因为缺少载流子
异质结的能带图:(不考虑界面态)
理想突变反型异质结的物理性质:
,接触界面上的费米能级要相等,发生载流子扩散运动,界面附近留下一个空间电荷区(耗尽区或者势垒区)。在热平衡下,即载流子的扩散运动和漂移运动达到平衡时,产生了一个内建电场,电势差满足:qVD=EF2-EF1;,
势场分布为VD1/VD2=ε1NA/ε2ND, 势垒电容
CT=dQ/dT=A[ ]
:(1)能带发生了弯曲,出现了尖峰和凹口(2)能呆在交界面上不连续,导带底上的突变ΔEC=Χ1-Χ2,价带顶的突变ΔEV=(Eg2-Eg1)-(Χ1-Χ2)
考虑界面态时异质结的能带图:
,定义晶格失配为
2(a2-a1)/(a1+a2) 。晶格失配会在交界面上产生悬挂建,引入界面态。界面态密度DIT会直接影响异质结的各个物理性质。另外,两种材料的热膨胀系数不同和化合物半导体中的成分元素的互扩散都会引入界面态。当两种材料的晶格常数极为接近时,晶格匹配较好,可以不考界面态的影响;实际上都要考虑这个影响。有时候可加入少量杂质元素改变晶格匹配效果,例如在Si1-xGex/Si异质结中加入C原子,1%的C % 的Ge 所带来的压应变。
,他们将成为载流子的非辐射复合中心。
。
加偏压时的一些物理现象:
,结两边的电势要变化VD1’=VD1-V1
VD2’=VD2-V2
VD’=(VD1-V1)-(VD2-V2)=VD-V
;结势垒发生变化,载流子发生重新分配,其输运机制根据势垒的不同形式发生变化。