半导体物理与器件 第七章2演示教学.ppt

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1、半导体物理与器件第七章2反偏pn结的空间电荷区宽度空间电荷量增大反偏电压空间电荷区电场增强势垒升高空间电荷区宽度增加将零偏时空间电荷区宽度公式中的Vbi用Vbi+VR=Vtotal代替，即可求出反偏时的空间电荷区宽度。例7.3空间电荷区的电场增强，电场强度和电荷的关系仍然如泊松方程所描述。由于xn和xp增大，因而最大场强也增大。将xn或xp中的Vbi替换为Vbi+VR可得到：加反偏电压后，pn结空间电荷区宽度、电荷量及电场的变化。可以看到，随着反偏电压的增加，空间电荷去的电荷量也随之增加。类似于电容的充放电效果，因而反偏pn结可以表现为一个电容的特性势垒电容的定义：其中，

2、变化的电荷数量为增加（或减少）的空间电荷区宽度内的电荷数量，因而其值为:可以看到，电荷的变化量，正比于空间电荷区宽度的变化量。空间电荷区宽度与反偏电压的关系为：则可以得到：可以看到，势垒电容的大小与εs(材料）、Vbi（掺杂水平）、Na、Nd及反偏电压等因素有关。可以发现：这表明势垒电容可以等效为其厚度为空间电荷区宽度的平板电容例7.5注意：势垒电容的单位是F/cm2,即单位面积电容单边突变结电容：假设有p+n结，即pp0>>nn0,Na>>Nd，相应有：势垒电容和反偏电压有关系：可以看到，单边突变结的C-V特性可以确定轻掺一侧的掺杂浓度。这是C-V法测定材料掺杂浓度的原

3、理。非均匀掺杂pn结线性缓变的PN结实际的PN结制造过程（外延、扩散或离子注入工艺）往往形成的是一个近似线性缓变的PN结。N型掺杂浓度与P型掺杂浓度相等之处，即为PN结界面的位置，也就是冶金结的位置。线性缓变pn结的特性电势分布可以进一步求得：假设-x0处的参考电位为零，则可以求出：在x0处即为该pn结的接触电势差：如果采用和突变结类似的内建电势差公式，则有：当外加反偏电压为VR时，则耗尽区相应展宽，并且在整个耗尽区内电场的积分为Vbi+VR，即：注意：隐含了两侧掺杂浓度梯度相同的假设可求得：与突变结类似地，我们还可以求得势垒电容：从上式可以看出，线性缓变pn结的反偏势

4、垒电容与成正比，也即：与线性掺杂pn结相比，均匀掺杂的pn结势垒电容的大小对反偏电压更为敏感。超突变的PN结对于一个单边突变的P＋N结，我们考虑更一般的情况，即当x>0时，N型区的掺杂浓度可表示为：N=Bxm当m=0时，即为均匀掺杂的情形；而当m=1时，即为线性缓变PN结的情形；当m为负值时，即为所谓的超突变掺杂的PN结。采用类似的分析方法，我们可以求得超突变掺杂PN结单位面积的耗尽区电容为：超突变掺杂pn结的杂质浓度分布示意图由上式可见，当m为负值时，超突变掺杂pn结的耗尽区电容随外加反向偏压得变化十分明显，这正是变容二极管所要求的。当变容二极管与某个电感相并联时，其

5、谐振频率为：变容二极管的电容可表示为：在电路应用中，我们总是希望谐振频率能够与控制电压成线性变化关系，即要求由此得到：小结均匀掺杂同质pn结空间电荷区（极性）、耗尽区、势垒区内建电场（方向）、内建电势差pn结热平衡态（零偏），内建电势差大小耗尽区假设、空间电荷区宽度反偏pn结，势垒电容非均匀掺杂，线性缓变结超突变结、变容二极管的概念本章作业题7.17.167.187.32谢谢此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢