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

Az előadások a következő témára: "MIKROELEKTRONIKA 3. 1.Felületek, felületi állapotok. 2.Térvezérlés. 3.Kontakt effektusok a félvezetőkben. 4.MES átmenet, eszközök."— Előadás másolata:

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

2 Emlékeztető Coulomb erő: Elektromos térerősség: σ Elektromos tér egy töltött felület felett: Tér potenciálja: U=F.r Félvezető az elektromos térben: M n- félvezető + ------

3 A kristályrács megszakadása – szabad kötések – lokalizált állapotok (felületi vagy Tamm-nívók, 10 15 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 (n e = 10 22 cm -3 ) a felületi töltés semlegesítése 10 -7 - 10 -6 mm mélységben történik. A félvezető Ge-ban: n e = 10 15 cm -3, a felületi töltés semlegesítése 10 -3 mm mélységben történik, az intrinsic Ge- 0,1 mm !

4 +- 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

5 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, e ϕ – energiaváltozás, ϕ –felületi potenciál. Donor az n-típus felületén - fordított eset, p-típus esete – ismét fordított, azaz hasonló : Ec Efi Efp Ev E eϕeϕ Ec Ef Efi Ev E eϕeϕ Na x A felületi potenciál változásával változik a hordozók koncentrációja a tértöltési tartományban ! Felületközeli elektron többlet:

6 Y s = e ϕ /kT, σ s =eµ s Δn σsσs Ys inverz.! Field effect: a félvezető vezetőképességének változása a felületére merőlegesen ható elektromos tér hatására

7 Fém-félvezető kontaktus e  k =  M -  sc Az elektromos tér behatolási mélysége: + vagy –V –dióda! Fém - n-típus:  M   S  M   S  -termodinamikai kilépési energia (munka)  -elektron affinitása

8 n- és p-típusú félvezető-M kontaktus : a)Termikus egyensúly b)Nyitó feszültség c)Záró feszültség

9 Egyenirányítás - Schottky dióda telítési áram, A-Richardson állandó Termoelektromos emisszió árama Nagy hordozókoncentráció - dióda elmélet Alacsony koncentráció –diffúziós elmélet telitiés áram

10 Schottky dióda:

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

12 Ohmos kontaktusok:

13 MES FETFő 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

14 Normálisan BE (kiürítéses) és normálisan KI (növekményes) MESFET I-V pinch off - teljesen elválasztódik a S és a D

15 MES FET kimenő árama :

16 Elvi metszet felülnézet Nagyfrekvenciás MES FET szerkezete

17 Cut-off frequency: az átrepülési sebesség/gate hossz ! Tehát kell: nagy , kis gát méret.

18 Nemegyensúlyi elektronok árnyékolási hossza (Debye-sugár) egy n 0 egyensúlyi koncentrációval rendelkező anyagban: E