半导体物理第6章

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1、半导体器件物理PhysicsofSemiconductorDevices编写：刘诺编写：刘诺制作：刘诺制作：刘诺电子科技大学电子科技大学NuoLiu微电子与固体电子学院微电子与固体电子学院Definition:•PNjunction:AninterfacelyingbetweenaP-typeregionandaN-PN结typeregioninasemiconductorsinglecrystalistermedaPNjunction.•ASchottkyjunction:AnSchottky

2、结interfacelyingbetweenasemiconductorandametaliscalledaSchottkyjunctionNuoLiuPN结的物理结构及小信号等效电路SiO2PPNN•1959SiMesa1960SiPlanarSmall-SignalNuoLiuPNJunctionDiodePNJunctionDiodeequivalentCircuit⎡⎛⎞qV⎤JJ=⎢exp⎜⎟−1⎥0•⎣⎝⎠kT⎦•+•-ReverseBias(V)ForwardBias(v)•P+-

3、120.4NINuoLiuAPPLICATIONOFPNJUNCTIONS双极晶体管的发射结和集电结结型场效应晶体管的输入端或栅MOSFET的基本成分交流电变直流电的功率整流器无线电接收器中的信号检测器数字电路中的波形箝位光电探测器太阳能电池光发射器光发射器NuoLiuP区N区N-pN+nA,p0D,n0Metallurgicaljunction冶金结:theinterfaceseparatingthenandpregionsisreferredtoasthemetallurgicaljunct

4、ion.NuoLiu2.12.1PNPN结的平衡状态结的平衡状态P区N区N-pN+nA,p0D,n0NuoLiu•平衡多子的浓度为：⎧p=N>>n⎪poAi⎨⎪⎩nno=ND>>ni⎧n2n2ii⎪npo==<>n>>p⎪poino⎨NuoLiu少子之间的关系⎪⎩nno>>ni>>npoThermalEquilibrium•Noexternalforcessuchasvoltages,elec

5、tricfields,magneticfields,temperaturegradients,orradioationareactingonthesemiconductor.Allpropertiesofthesemiconductorwillbeimdependentoftimeinthiscase.(平衡状态：PN结内部的温度均匀稳定，不存在外加电压、光照、磁场、辐射等外作用。)•ThermalEquilibriumisourstartingpointfordevelopingthephys

6、icsofthesemiconductor.NuoLiu2.1.1空间电荷区的形成Theformationofthespacechargeregion•Astepjunction(突变结)：thedopingconcentrationisuniformineachregionandthereisanabruptchangeindopingatthejunction.NDElectrondiffusion电子扩散nHolediffusionpNuoLiuN空穴扩散A2.1.1空穴扩散电流Jp扩电离

7、施主空穴扩散Ｎ＋Ｄpn电子扩散电离受主Ｎ－Ａ电子扩散电流Jn扩NuoLiuThespacechargeregionNnegativeNpositiveADchargechargepnSpacechargeregion空间电荷区(Depletionregion)（耗尽区）E-field（内建电场）NuoLiu2.1.1电子漂移空穴漂移p内建电场n空穴漂移电流Jp漂电子漂移电流Jp漂NuoLiupn电子扩散电流Jn扩空穴扩散电流Jp扩J=J-J=0扩漂空穴漂移电流Jp漂电子漂移电流Jp漂NuoLiu

8、pnxdJ=0形成一个稳定的有一定宽度的空间电荷区(耗尽区,depletionregion)。NuoLiu2.1.2内建电场、内建电势与耗尽区宽度Build-inelectricfield,build-inpotentialbarrieranddepletionregionwidth耗尽近似：假设空间电荷区内的载流子完全扩散掉，即完全耗尽，空间电荷完全由电离杂质提供。这时空间电荷区又可称为“耗尽区”。中性近似：假设耗尽区以外多子浓度等于电离杂质浓度，因而保持电中性。这时这部分区域又可称为NuoL