MIKROELEKTRONIKA 3.

1. Felületek, felületi állapotok.2. Térvezérlés.3. Kontakt effektusok a félvezetőkben.4. MES átmenet, eszközök.

Emlékeztető

Coulomb erő: Elektromos térerősség:

σ

Elektromos tér egy töltött felület felett:

Tér potenciálja: U=F.r

Félvezető az elektromos térben:

M n- félvezető

+

---

A kristályrács megszakadása – szabad kötések – lokalizált állapotok (felületi vagy Tamm-nívók, 1015 cm-2 )

Shockley – állapotok: a felületen telítetlen vegyértékek.

Reális kristály – atomi és mikroszkopikus hibák kimenetei, adsorbeált atomok.

Megjelenésük és hatásuk - donorok, akceptorok, csapdák vagy rekombinációs centrumok.

A félvezető egészében neutrális – a felületi töltés kompenzálódik.

A fémekben (ne = 1022 cm-3 ) a felületi töltés semlegesítése 10-7 - 10-6 mm mélységben történik.

A félvezető Ge-ban: ne = 1015 cm-3, a felületi töltés semlegesítése 10-3 mm mélységben történik, az intrinsic Ge- 0,1 mm !

+ -

n-típusú félvezetőben szabad e koncentráció, tértöltés, térerősség, e potenciális energiája, tér potenciálja, és a sávok görbülete (+ vagy – a felületen) S-screening

Megoldás:

A térerősség : potenciál gradiense

Poisson-egyenlet:

ρ

x

Egy n-típusú félvezető példája:

a felületen akceptorok (elektroncsapdák) vannak, tehát az negatív, a félvezető belső felületénél indukálódik egy pozitív töltésű, vagy akár inverz p-vezetésű réteg. Az elektromos tér felfele „görbíti” az energiasávokat, eϕ – energiaváltozás, ϕ –felületi potenciál.

Donor az n-típus felületén - fordított eset,

p-típus esete – ismét fordított, azaz hasonló :

Ec

EfiEfpEv

E

eϕ

EcEfEfi

Ev

E

eϕNa

x

A felületi potenciál változásával változik a hordozók koncentrációja a tértöltési tartományban !

Felületközeli elektron többlet:

Ys= eϕ/kT, σs=eµsΔn σs

Ys

inverz.!

Field effect:a félvezető vezetőképességének változása a felületére merőlegesen ható elektromos tér hatására

Fém-félvezető kontaktusek= M- sc

Az elektromos tér behatolási mélysége:

+ vagy –V –dióda!

Fém - n-típus:

M S M S

-termodinamikai kilépési energia (munka)-elektron affinitása

n- és p-típusú félvezető-M kontaktus :a)Termikus egyensúlyb)Nyitó feszültségc)Záró feszültség

Egyenirányítás - Schottky dióda

telítési áram, A-Richardson állandó

Termoelektromos emisszió árama

Nagy hordozókoncentráció - dióda elméletAlacsony koncentráció –diffúziós elmélet

telitiés áram

Schottky dióda:

Planárisan adalékolt Schottky-dióda

Mikrohullámú jelek detektálása. Határfrekvencia: f=1/2πRC, potenciálgát feszültség: alacsony (0.3eV), közepes (0.5 eV), magas (0.8 eV)

Ohmos kontaktusok:

MES FET Fő paraméterek:L = 0.1 - 1.0 m,a-epilayer vastagság 1/3 – 1/5 L,Lg kb. 1L- 5 L ,

Anyag : n-AIII-BV, nagy !

A- csatorna metszete

Normálisan BE (kiürítéses) és normálisan KI(növekményes) MESFET I-V

pinch off - teljesen elválasztódik a S és a D

MES FET kimenő árama :

Elvi metszetfelülnézet

Nagyfrekvenciás MES FET szerkezete

Cut-off frequency: az átrepülési sebesség/gate hossz !

Tehát kell: nagy , kis gát méret.

Nemegyensúlyi elektronok árnyékolási hossza (Debye-sugár) egy n0 egyensúlyi koncentrációval rendelkező anyagban:

E