第11讲 P-N结.ppt

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1、第6章p-n结学习目标1.理解p-n结的形成机理。2.掌握p-n结的制备。3.了解p-n结的能带结构。4.掌握p-n结的特性。课堂答疑1、合金合金是由两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。合金与金属相比，除具有金属的特性外，还具有许多比各成分金属更优良的物理、化学或机械的性能。如：硬度大、熔点低、密度小、耐磨、耐腐蚀等。汽车配件金属或合金使用原因电线芯汽车外壳灯丝发动机排气管铜导电性好延展性好低碳钢易加工,便宜钨熔点高铝合金密度小、强度大,耐腐蚀不锈钢耐腐蚀2、两位科学家海因

2、里希·鲁道夫·赫兹，德国物理学家，1888年首先证实了电磁波的存在。并对电磁学有很大的贡献，故频率的国际单位制单位赫兹以他的名字命名。詹姆斯·克拉克·麦克斯韦，英国物理学家、数学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。科学史上，称牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，是实现第一次大综合，麦克斯韦把电、光统一起来，是实现第二次大综合，因此应与牛顿齐名。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。麦克斯韦被普遍认为是对二十世纪最有影响力的十九世纪物理

3、学家。没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。3、电磁波电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。4、电场电场是电荷及

4、变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。电场这种物质与通常的实物不同，它不是由分子原子所组成，但它是客观存在的，电场具有通常物质所具有的力和能量等客观属性。电场的力的性质表现为：电场对放入其中的电荷有作用力，这种力称为电场力。电场的能的性质表现为：当电荷在电场中移动时，电场力对电荷作功（这说明电场具有能量）。6.3p-n结的能带结构载流子的漂移和扩散，空间电荷区和内建电场存在，空穴势能和电子势能的改变。内建电场从N指向P，电场从N型半导体到P型半导体逐渐降低，空穴（正电）的势能逐渐降低，电子的势能逐渐升高。

5、P-N结形成前后的能带结构图：在P-N结处能带发生弯曲，导带低能级、价带顶能级等发生弯曲。平衡时，N型半导体到P型半导体费米能级相同，空间电荷区两端电势差V，等于N型半导体和P型半导体费米能级之差。P型半导体费米能级：N型半导体费米能级：本征半导体载流子浓度ni2=代入上式杂质电离施主浓度（Nd）和受主浓度（Na）越大，禁带越宽，接触电势差V越大。6.4p-n结的特性p-n结的基本特性：电流电压特性（整流特性、单向导电性）、电容效应隧道效应雪崩效应开关效应光伏效应反向电压大于一定数值，电流急剧增加，P-N

6、结击穿，此时反向电压为击穿电压。隧道效应施加反向偏压时，势垒区能带发生倾斜；反向偏压越大，势垒越高，势垒区的内建电场也越强，势垒区的能带也越倾斜，甚至可以使得p区的价带顶比n区的导带底还要高。此时p区的价带中的电子将较容易到达n区的导带。这个效应称隧道效应。当反向电压达到一定程度，通过隧道效应产生的反向电流将突然增大，此时称为pn结的隧道击穿。电子电容效应-势垒电容CB当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。雪崩击穿当反向偏压很大时，势垒区

7、中的电场很强，在势垒区中的电子和空穴由于受到强电场的作用，具有很大的动能，它们与势垒区中的晶格原子发生碰撞时，可以把价键上的电子碰撞出来，成为导电电子，同时产生一个空穴。上述电子和空穴在强电场的作用下还会继续发生碰撞，产生第二代、第三代载流子。如此继续下去，载流子快速增加，这个过程称为载流子的倍增效应。由于载流子的倍增效应，反向电流迅速增大，pn结被击穿。光伏效应：光照，能量大于禁带宽度Eg光子被吸收，产生电子空穴对，由于内建电场作用，空穴向P型区移动，电子向N型区移动，形成光生电动势或光生电场。外电路未

8、接通，只形成电动势。外电路接通，产生由P型流向N型的电流和功率。电子移动空穴移动PN