Introduktion till halvledarteknik

Relevanta dokument
Introduktion till halvledarteknik

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 2 Transistorn del 2

Föreläsning 11 Fälteffekttransistor II

Beskrivande uppgifter: I: Vad skiljer det linjära området och mättnadsområdet i termer av inversionskanal?

Lösningar Tenta

Tentamen i Komponentfysik ESS030, ETI240/0601 och FFF090

Föreläsning 8. MOS transistorn Förstärkare med MOS transistorn Exempel, enkel förstärkare med MOS. IE1202 Analog elektronik KTH/ICT/EKT VT11/BM

Föreläsning 8. MOS transistorn. IE1202 Analog elektronik KTH/ICT/EKT HT09/BM

12. Kort om modern halvledarteknologi

12. Kort om modern halvledarteknologi

Formelsamling för komponentfysik

Formelsamling för komponentfysik. eller I = G U = σ A U L Småsignalresistans: R = du di. där: σ = 1 ρ ; = N D + p n 0

Elektronik 2017 EITA35

Föreläsning 13 Fälteffekttransistor III

Grindar och transistorer

Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

Kapacitansmätning av MOS-struktur

Om inget annat anges så gäller det kisel och rumstemperatur (300K)

nmosfet och analoga kretsar

12. Kort om modern halvledarteknologi

När man förklarar experiment för andra finns det en bra sekvens att följa:

Tentamen i komponentfysik

Nanoelektronik. FAFA10 Kvantfenomen och nanostrukturer HT Martin Magnusson.

Komponentfysik Introduktion. Kursöversikt. Hålltider --- Ellära: Elektriska fält, potentialer och strömmar

Om inget annat anges så gäller det kisel och rumstemperatur (300K)

Laboration: pn-övergången

Labb-PM MCC086 Mikroelektronik 2016

Vad är elektricitet?

Optiska och elektriska egenskaper hos pn-övergången

Optiska och elektriska egenskaper hos pn- övergången

Optiska och elektriska egenskaper hos pn-övergången

Halvledare. Periodiska systemet (åtminstone den del som är viktig för en halvledarfysiker)

Föreläsning 9 Bipolära Transistorer II

Föreläsning 7 Fälteffek1ransistor IV

Utredande uppgifter. 2: Räkna ut utsträckningen av rymdladdningsområdet i de tre fallen i 1 för n-sidan, p-sidan och den totala utsträckningen.

I: Beskriv strömmarna i en npn-transistor i normal mod i de neutrala delarna av transistorn.

Föreläsning 2 - Halvledare

Lablokalerna är i samma korridor som där ni gjorde lab1.

Vad är elektricitet?

Introduktion till halvledarteknik

Välkomna till kursen i elektroniska material!

Elektronik 2018 EITA35

När man förklarar experiment för andra finns det en bra sekvens att följa:

Moment 1 - Analog elektronik. Föreläsning 1 Transistorn del 1

FÖRELÄSNING 3. Förstärkaren. Arbetspunkten. Olika lastresistanser. Småsignalsschemat. Föreläsning 3

Föreläsning 6: Opto-komponenter

Föreläsning 2 - Halvledare

Föreläsning 9 Bipolära Transistorer II

Elektronik. MOS-transistorn. Översikt. Då och nu. MOS-teknologi. Lite historik nmosfet Arbetsområden pmosfet CMOS-inverterare NOR- och NAND-grindar

Föreläsning 12 Bipolära Transistorer II. Funk<on bipolär transistor

2: Räkna ut utsträckningen av rymdladdningsområdet i de två fallen i 1 för n-sidan, p-sidan och den totala utsträckningen.

Physics to Go! Part 1. 2:a på Android

Rättade inlämningsuppgifter hämtas på Kents kontor Föreläsning 4 Må , Kent Palmkvist To ,

Utredande uppgifter: I: Beskriv de fyra arbetsmoderna för en npn-transistor. II: Vad är orsaken till strömförstärkningen i normal mod?

Föreläsning 6: Opto-komponenter

Elektronik. Lars-Erik Cederlöf

Repetition: Nätanalys för AC. Repetition: Elektricitetslära. Repetition: Halvledarkomponenterna

FFY616. Halvledarteknik. Laboration 4 DIODER

Tentamen i komponentfysik Halvledare 6,0p. 2. Dioder 7,5p.

Välkomna till kursen i elektroniska material! Martin Leijnse

Övningsuppgifter i Elektronik

Införa begreppen ström, strömtäthet och resistans Ohms lag Tillämpningar på enkla kretsar Energi och effekt i kretsar

MOSFET:ens in- och utimpedanser. Småsignalsmodeller. Spänning- och strömstyrning. Stora signaler. MOSFET:ens högfrekvensegenskaper

Komponentfysik ESS030. Den bipolära transistorn

Laboration N o 1 TRANSISTORER

UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Sverker Johansson Bo Tannfors Transistorswitchen. Laboration E25 ELEKTRO

Elektronik 2015 ESS010

Om inget annan anges gäller det rumstemperatur, d.v.s. T =300K, termisk jämvikt och värden som inte ges i uppgiften hämtas från formelsamlingen.

KAPITEL 2 MTU AB

TSTE93 Analog konstruktion

( y) ( L) Beräkning av ström nmos: Lång kanal (L g >1µm) di dy. Oxid U GS U DS. Kanal. 0<U cs (y)<u DS. Lös med:

Laborationer i miljöfysik. Solcellen

Om inget annan anges gäller det rumstemperatur, d.v.s. T =300K, termisk jämvikt och värden som inte ges i uppgiften hämtas från formelsamlingen.

LABORATIONSINSTRUKTION. Mätning på dioder och transistorer

3.8. Halvledare. [Understanding Physics: ] Den moderna fysikens grunder, Tom Sundius

Tentamen i Elektronik för E (del 2), ESS010, 11 januari 2013

Laboration Photovoltic Effect Diode IV -Characteristics Solide State Physics. 16 maj 2005

Chalmers Tekniska Högskola Tillämpad Fysik Igor Zoric

Elektriska och elektroniska fordonskomponenter. Föreläsning 4 & 5

Laborationer i miljöfysik. Solcellen

Appendix A: Modelltyper

Föreläsning 9 Transistorn och OP-förstärkaren

Digital IC konstruktion

Laboration 6. A/D- och D/A-omvandling. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006

TSTE20 Elektronik 01/31/ :24. Nodanalys metod. Nodanalys, exempel. Dagens föreläsning. 0. Förenkla schemat 1. Eliminera ensamma spänningskällor

Definition av kraftelektronik

Tentamen ETE115 Ellära och elektronik för F och N,

Föreläsning 11 Bipolära Transistorer I. BJT Bipolar JuncDon Transistor. FunkDon bipolär transistor. DC operadon, strömförstärkning

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (1:a omtentan), tisdag 17 juni 2014, kl 9:00-14:00

Föreläsning 1. Elektronen som partikel (kap 2)

Ett materials förmåga att leda elektrisk ström beror på två förutsättningar:

Kap 2. Elektroner som partikel

Föreläsning 1. Metall: joner + gas av klassiska elektroner. e m Et. m dv dt = ee v(t) =v(0) 1 2 mv2 th = 3 2 kt. Likafördelningslagen:

Komponentfysik Introduktion. Kursöversikt. Varför Komponentfysik? Hålltider --- Ellära, Elektriska fält och potentialer

Sensorer och elektronik. Grundläggande ellära

3.9. Övergångar... (forts: Halvledare i kontakt)

FK Elektromagnetism, Fysikum, Stockholms universitet Tentamensskrivning (2:a omtentan), fredag 30 augusti 2013, kl 9:00-14:00

Lektion 1: Automation. 5MT001: Lektion 1 p. 1

1.2 Två resistorer är märkta 220 ohm 0,5 W respektive 330 ohm 0,25 W. vilken är den största spänning som kan anslutas till:

Transkript:

Introduktion till halvledarteknik

Innehåll 6 Övergångar (pn och metal-halvledare) 2:a ordningens effekter Metal-halvledar övergångar 6 Fälteffekttransistorer JFET och MOS transistorer Ideal MOS kapacitans Verklig MOS kapacitans MOS-transistorn strömekvation (L7) MOS-transitorn överföringsekvation (L7) MOS-transitorn kanal mobilitet (L7) Substrat bias effekt (L7)

Övergångar (pn och metal-halvledare) 2:a ordningens effekter Rekombination och generation i spärrskiktet Ohmska förluster serieresistans

Övergångar (pn och metal-halvledare) Rekombination och generation i spärrskiktet Termisk generation band till band I neutral region (a) Rekombinationsfälla i bandgapet. I backriktning fungerar den som ett generationscentra (b)

Övergångar (pn och metal-halvledare) Diode-ekvationen modifieras för ta hänsyn till effekten av rekombinationsströmmar. Detta görs med att införa en idealitetesfaktor n som är 1 för diffusionströmmar(ideala diodekvationen) samt 2 för rekombinationströmmar. Vanligen är n mellan 1 och 2 Backströmmen modifieras för att ta med generationströmmar (genererade av rekombinationsfällor) för en p + n diod blir I 0, där första termen beror av diffusion och den andra generation i utarmningsområdet. Denna läckström stämmer bättre med verkligheten för kisel dioder I ' 0 A q D p p n N 2 i D qniw g Generationslivstiden i utarmningsområdet Minoritetsbärarlivstiden i neutrala n området

Övergångar (pn och metal-halvledare) Ohmska förluster serieresistans R p och R n är serie resistans i neutrala områden på p resp n sidan V a är pålagd spänning och V är den spänning som verkar direkt på pn-övergången.

Metal-halvledar övergångar, likriktande Vakuumenergi nivå Obs viktigt med rena ytor vid deponering av metall

Metal-halvledar övergångar, likriktande

Metal-halvledar övergångar, likriktande, bias

Metal-halvledar övergångar, ohmsk, n- substrat

Metal-halvledar övergångar, ohmsk, p- substrat

Metal-halvledar övergångar, ohmsk, tunnling Även om det är en barriär mellan metall och halvledare går det att göra en bra ohmsk kontakt genom att hård dopa under metallen så att tunnling uppstår Om metallen har hög barriär höjd mot n-typ, så har den med största sannolikhet lågbarriär höjd mot p-typ. Undantag finns sk Fermilevel pinning

Fälteffekttransistorer (FET) Junction-FET Metal-oxid-halvledar-FET

Junction-FET (strypning av kanalen och mättnad) När drain spänningen ökar backspänns gate/ drain övergången. Utarmingsområdet breder ut sig och stryper kanalen, Id slutar öka och blir konstant. Jmf med en konstantsströmsgenerator

Junction-FET (Gate kontroll) Med ändrad gate spänning kan nivån på mättnads strömmen styras. a För en p + n diod gäller L När w=a, är precist utarmad har vi nått pinchoff spänning Obs, övergången bör ej framspännas

Junction-FET (ström-spännings karakteristik, lång kanal) Strömmen i ett tvärsnitt orsakat av ett Spänningfall

Junction-FET (ström-spännings karakteristik, lång kanal) Gäller upp till V p V D -V G =V P

Junction-FET (ström-spännings karakteristik, lång kanal) Vid mättnad gäller V D -V G =V P I DSS =I dsat (V G =0) Verifierad experimentellt

Kort kanals effekter Med en kort kanal ökar det elektriska fältet och ladningsbärarna når mättnadshastighet

MOS-transistorn G Spänning läggs på gaten som kapacitivt drar till sig elektroner för att bilda en ledande kanal Eller Utarmar kanalen för att spärra transistorn

MOS-transistorn Mos transistor med ledande kanal (inversionslager) Begynnande strypning av kanalen med pålagd drainspänning Stark mättnad

Ideal MOS-kapacitans metall SiO 2 Halvledare Utträdesarbetet mäts från oxiden ledningsbandkant modifierad

Ideal MOS-kapacitans Ackumulation hål samlas vid interfacet oxid halvledare Tiltning av ledningbandet vid pålagt elektriskt fält ++ ++ +

Ideal MOS-kapacitans Utarmningsområde bildas närmast oxid/ halvledarinterfacet

Ideal MOS-kapacitans Inversion, ett lager av elektroner bildas vid oxid/ halvledarinterfacet

Ideal MOS-kapacitans, stark inversion n konc (inversion)=p dopningen i substratet Exempel 3-5 Beskriver bandböjning f(x) Bandböjning vid interfacet, pga ytpotential

Ideal MOS-kapacitans Rymdladdningsdensitet som fkn av ytpotential

Ideal MOS-kapacitans, i inversion Lika många laddningar i metallen som i halvledaren OBS inga laddningar i oxiden i detta fall. I verkliga MOS strukturer finns alltid laddningar i oxiden

Ideal MOS-kapacitans, i inversion Inversions laddningen är ej inritad i figuren för elektriskt fält och potential Spänningsfallet över oxiden

Ideal MOS-kapacitans, i inversion w metall SiO 2 Halvledare W beräknas som om det vore en n + p-diod Maximal utarmning

Ideal MOS-kapacitans, i inversion Laddningen (beronde på fasta joniserade dopatomer) i utarmningsområdet vid stark inversion kan då skrivas: ( inv) 2 s F

Ideal MOS-kapacitans oxid kapacitans i serie med utarmningskapacitans Mätning vid låga frekvenser (100Hz) C i d i d C d s w Mätning vid höga frekvenser (1 MHz)

Verkliga MOS Kapacitanser Ändring i utträdesarbetet metall polykisel SiO 2 Halvledare

Verkliga MOS Kapacitanser Laddningar i oxiden

Verkliga MOS Kapacitanser Skillnad i utträdesarbete mellan metall (polykisel) halvledare inverkar också på tröskelspänningen V T