单极性和双极性半导体元件的问题

单极器件和双极器件的单双指的是载流子的类型。双极器件内部有两种载流子参与导电，比如双极结型晶体管，也就是常说的三极管，存在两对PN结，电流来自于两种载流子的扩散电流。单极器件则是只有一种载流子参与导电的器件，比如MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）。其栅极控制栅下方的沟道反型形成二维电子气或者二维空穴气，所以参与导电过程的只有电子或者空穴，而不是两种载流子同时参与。由此可见单极器件一般可达到的电流要小于双极器件。因此在大电流应用的领域中一般要采用双极器件，比如最近几年兴起的IGBT。但是双极器件往往是PN结组成的器件，其漏电往往较高，因此在静态情况下需要低损耗的领域需要采用单极器件，比如现在的集成电路，都是CMOS工艺，其中主要器件都是MOSFET。

首先得先了解pn结的形成。在N型半导体和P型半导体的结合面上，因浓度差所以多子的扩散运动；自由电子与空穴复合，此时由杂质离子形成空间电荷区（p区是负电荷，n区是正电荷），便有n指向p的内电场，阻止多子扩散，最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面处，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区（耗尽层）称为PN结。当在pn结（二极管）两端加正向电压时，内电场减弱，多子扩散大于少子漂移，使得载流子越过耗尽层，进入对面，并与其相反电荷载流子复合，形成扩散区（p区、n区各有一个）。

扩散技术目的在于控制半导体中特定区域内杂质的类型、浓度、深度和PN结。在集成电路发展初期是半导体器件生产的主要技术之一。但随着离子注入的出现，扩散工艺在制备浅结、低浓度掺杂和控制精度等方面的巨大劣势日益突出，在制造技术中的使用已大大降低。1 扩散机构2 替位式扩散机构这种杂质原子或离子大小与Si原子大小差别不大，它沿着硅晶体内晶格空位跳跃前进扩散，杂质原子扩散时占据晶格格点的正常位置，不改变原来硅材料的晶体结构。硼、磷、砷等是此种方式。 3． 填隙式扩散机构这种杂质原子大小与Si原子大小差别较大，杂质原子进入硅晶体后，不占据晶格格点的正常位置，而是从一个硅原子间隙到另一个硅原子间隙逐次跳跃前进。镍、铁等重金属元素等是此种方式在当今的亚微米工艺中，由于浅结、短沟的限制，硅片工艺后段的热过程越来越被谨慎地使用，但是退火仍然以不同的形式出现在工艺的流程中。退火可以激活杂质，减少缺陷，并获得一定的结深。它的工艺时间和温度关系到结深和杂质浓度。4磷掺杂由于磷掺杂的控制精度较底，它已经渐渐地退出了工艺制作的舞台。但是在一些要求不高的工艺步骤仍然在使用。5多晶掺杂向多晶中掺入大量的杂质，使多晶具有金属导电特质，以形成MOS之“M”或作为电容器的一个极板或形成多晶电阻，之所以不用离子注入主要是出于经济的原因

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