第06章 薄膜晶体管的工作原理VIP免费

第6章薄膜晶体管的工作原理主讲人：王丽娟长春工业大学2013年02月10日平板显示技术基础，2013年，北京大学出版社本章主要内容6.1薄膜晶体管的半导体基础6.2MOS场效应晶体管6.3薄膜晶体管的工作原理6.4薄膜晶体管的直流特性6.5薄膜晶体管的主要参数本征半导体及杂质半导体能带、施主与受主载流子及散射电导现象、迁移率、电导率6.1TFT的半导体基础本征半导体自由电子空穴共价键SiSiSiSi本征半导体中自由电子和空穴的形成本征半导体就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。6.1TFT的半导体基础SiSi空穴移动方向电子移动方向外电场方向外电场方向SiSiSiSiSi本征半导体可见在半导体中有自由电子和空穴两种载流子，它们都能参与导电。6.1TFT的半导体基础n型半导体和p型半导体SiSiSiSiSiSiSiP多余价电子SiSiSiSiSiSiSiB空位B空穴价电子填补空位自由电子的数量大大增加N型半导体空穴的数量大大增加P型半导体6.1TFT的半导体基础费米能级6.1TFT的半导体基础p型半导体n型半导体本征半导体EcEvEFEiEcEvEFEiEcEvEFEi本征半导体，费米能级居于禁带中央；n型半导体，费米能级在禁带中心线之上；p型半导体，费米能级在禁带中心线之下。载流子及散射运载电荷而引起电流的是导带电子与价带空穴——称为载流子。载流子不断受到振动着的原子、杂质和缺陷等不完整性的碰撞，使得它们运动的速度发生无规则的改变，——称为散射。6.1TFT的半导体基础电导现象RI在半导体样品两端加电压，其内部则产生电场。载流子被电场所加速进行漂移运动，在半导体中引起一定电流，这就是电导现象。6.1TFT的半导体基础电导率空穴和电子的速度：vp=pE（空穴）vn=nE（电子）空穴和电子的电导率：p=qpp（空穴）n=qnn（电子）电导率：反映半导体材料导电能力的物理量。它由载流子密度和迁移率来决定。6.1TFT的半导体基础迁移率迁移率(cm2/Vs)：不仅反映导电能力的强弱，而且直接决定载流子漂移和扩散运动的快慢。载流子在电场中的漂移速度：vd=[(±q)/m*]E=E上式表明，载流子的漂移速度与外电场平行，且成比例。比例系数通常称为载流子的迁移率。6.1TFT的半导体基础小结1.非晶硅薄膜晶体管——2.薄膜晶体管的能带——3.主导薄膜晶体管的半导体现象——4.影响薄膜晶体管性质参数——弱n型半导体电导现象迁移率费米能级接近禁带中心在禁带中心线之上6.1TFT的半导体基础n型衬底两个p区SiO2绝缘层金属铝P型导电沟道6.2MOS场效应晶体管晶体管双极型晶体管场效应晶体管JFETMOSFET——TFTp+p+ntypeSi衬底栅源漏p-MOSFETp-MOSFET晶体管垂直方向——水平方向——电导器件栅控器件dn型硅P+P+n-0P+P+p-06.2MOS场效应晶体管MOS结构相当于一个电容金属与半导体之间加电压在金属与半导体相对的两个表面上就充上等量异号的电荷在金属一侧，分布在一个原子层厚度内在半导体一侧，分布在空间电荷区金属绝缘层半导体欧姆接触dn型硅6.2MOS场效应晶体管MIS结构定义金属绝缘层半导体欧姆接触Vg＞0dn型硅Vg＜0d++++n型硅Vg<<0d++++n型硅(a)积累(b)耗尽(c)反型6.2MOS场效应晶体管MIS结构表面电荷的变化当Vs=0，Vd<0时：Vg=0，pn结反偏Vg>0，电子积累，pn结反偏p+p+ntypeSi衬底栅源漏-电流很小关态6.2MOS场效应晶体管MOSFET工作原理当Vs=0，Vd<0时：Vg<0，空穴反型pn结连在一起，形成导电沟道p+p+ntypeSi衬底栅源漏--电流很大开态6.2MOS场效应晶体管MOSFET工作原理MOSFET工作原理小结1.TFT属于半导体器件中——2.MOSFET表现开关作用依靠的电极是——3.MOSFET表现电导现象依靠的电极是——4.MOSFET导电沟道是——5.MOSFET关态作用决定于——MOS场效应晶体管栅极源、漏电极反型层导电pn结的反偏状态6.2MOS场效应晶体管6.3薄膜晶体管的工作原理TFT与MOSFET结构上的差别p+p+ntypeSi衬底栅源漏非晶硅半导体材料的特点42131非晶硅中有大量的缺陷（1.悬键；2.弱键；3.空位；4.微孔）6.3薄膜晶体管的工作原理非晶硅半导体材料的特点扩展态局域态ECEC'E导带价带EECEVg(E)ECEVEAEBEFEg(E)(a)(b)(c)局域态扩展态扩展态扩展态6.3薄膜晶体管的工作原理TFT的工作原理VG=0VG>0...