半导体物理北交经典课件考研必备-第六章pn结.ppt

《半导体物理北交经典课件考研必备-第六章pn结.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第六章半导体界面及接触现象－pn结半—半接触一、p-n结的形成和杂质分布p型半导体和n型半导体结合在一起，在交界面处其杂质分布不均匀，形成pn结。pn结利用控制杂质分布的工艺方法来实现1．合金法用合金法制备的p-n结一般为突变结；xNNAND突变结的杂质分布xjP+n结pn用扩散法制备的p-n结一般为缓变结，杂质浓度逐渐变化。2．扩散法0xN(x)NA(x)NDxj扩散结杂质分布由扩散过程和杂质补偿决定pn线性缓变结：在扩散结中，杂质分布可用x=xj处的切线近似表示。xxjND-NA线性缓变结近似扩散结的杂质分布但对高表面浓度的浅扩散结，用突变结近似0xNANDN(x)突变结近似扩散结的杂质

2、分布xj{突变结缓变结pn结{合金结高表面浓度的浅扩散结（p+n或n+p)根据杂质分布低表面浓度的深扩散结二、平衡p-n结的特点1．平衡p-n结的形成P型材料的多子用ppo表示，少子为npo，N型材料的多子用nno表示，少子用pno表示PN°•_____+++++EJ扩J漂空间电荷空间电荷区（势垒区）内建电场阻碍载流子继续扩散平衡后：J扩=J漂形成恒定的电场，称为内建场，它存在于结区。处于热平衡状态的结称为平衡结。2．平衡p-n结的能带及势垒当二者接触后，电子由NP，空穴由PN,(EF)n，(EF)p(EF)n=(EF)p=EFJ扩=J漂有一恒定的电场E，方向由NPPNEFqVDE

3、VECnpEi(EF)p(EF)n平衡pn结能带图VD－－平衡pn结的空间电荷区两端间的电势差，称为pn结的接触电势差或内建电势差qVD－－相应的电子电势能之差，即能带的弯曲量，称为pn结的势垒高度势垒高度补偿了n区和p区的费米能级之差，使平衡pn结的费米能级处处相等。0xxnx-xpV(x)VD平衡pn结中电势取p区电势为零对电子：P区电势比n区电势高xqV(x)平衡pn结中电势能EvppnEFEvnEcn-xpoxxnEcp-qVD假设：P区：Ec=EcpEv=Evpno=npopo=ppoN区：Ec=EcnEv=Evnno=nnopo=pno同质p-n结:3.pn结的接触电势差平衡时：

4、ppo=NA,nno=NDT一定，NA,ND,则VDEg,ni,则VD例：若NA=1017cm-3,ND=1015cm-3则得室温下Si的VD=0.70VGe的VD=0.32Vpn结平衡时特点势垒区内电子（空穴）的扩散和漂移抵消整个pn结出现统一的费米能级能带弯曲－－势垒高度流过pn结的电子电流密度（漂移＋扩散）流过pn结的空穴电流密度（漂移＋扩散）3.流过pn结的电流密度表示费米能级随位置的变化和电流密度的关系对平衡pn结，Jn=Jp=0J不变，载流子浓度大的地方，载流子浓度小的地方，4.平衡时pn结载流子分布x处的电子浓度x处的空穴浓度设V(xn)=VD,则V(xp)

5、=0,则结区边界处势垒区又叫耗尽层其中载流子浓度很小空间电荷密度等于电离杂质浓度平衡pn结中载流子分布np0nn0pp0pn0nnppn(x)三、非平衡p-n结1．正偏p-n结的能带(P+,N-)PNΕ内+－qVDq(VD－V)正向偏压时pn结势垒的变化外加正偏压基本落在势垒区势垒区宽度P电子扩散区结区空穴扩散区Nxp’xpxnxn’非子的电注入pn结正偏时，外场消弱势垒区内建电场，势垒区扩散占优势，使p区和n区有少子注入，形成正向扩散电流。2．正偏时载流子的运动和电流成分JnJpxJxn’xnxpxp’通过pn结的总J：J=Jp扩（n区边界）+Jn扩（p区边界）3．正偏下的电流

6、密度其中：pn结的正向电流电压关系式对于p＋n结：对于pn＋结：例如，室温：KT=0.026eV当V=0.26V：VJJspn结的J－V曲线4．反偏时的p-n结(P－,N＋)qVDq(VD－V)反向偏压时pn结势垒的变化PNΕ内－＋V<0势垒区漂移>扩散势垒区变宽漂移流大于扩散流由漂移作用形成的反向电流很小（p区电子和n区空穴少）通过pn结的总反向J：J=Jp扩（n区边界少子）+Jn扩（p区边界少子）

7、V

8、J-JsJs为反向饱和电流V<0反向偏压电流饱和“－”表示J与正向时相反反向电流密度饱和，与外加电压无关VJJspn结的J－V曲线pn结具有单向导电或整流效应5.温度对pn结电

9、流密度的影响对反向电流：T,Js迅速增大且Eg越大的半导体，Js变化越块对正向电流：为常数Vg0为0k时导带底和价带顶的电势差T,正向J6.理想pn结模型小注入条件－注入的少子浓度比平衡多子浓度小得多突变耗尽层条件－注入的少子在p区和n区是纯扩散运动通过耗尽层的电子和空穴电流为常量－不考虑耗尽层中载流子的产生和复合作用玻耳兹曼边界条件－在耗尽层两端，载流子分布满足玻氏分布7.pn结电流电压特性偏离理