《N结机理与特性》PPT课件

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1、第二章PN结机理与特性2.1平衡PN结的机理与特性2.1.1PN结的制备与杂质分布在N型(或P型)半导体单晶片衬底上，分别采用不同的掺杂方法，使原来半导体的一部分变成P型，（或N型），那么在P型半导体与N型半导体的交界面处就形成了PN结，如图合金法及其杂质分布合金法制备PN结的基本过程如图所示扩散法及其杂质分布用扩散法制备PN结的基本过程如图扩散结的形成过程a）氧化b）光刻c）P型杂质的扩散d）离子注入法及杂质分布扩展结的杂质分布a）恒定源杂质的分布b）限定源杂质的分布c）线性源变节近似离子注入PN结及其杂质分布外延生长法2.1.2平衡P

2、N结形成与能带1平衡PN结形成平衡PN结空间电荷区的形成a）P区与N区载流子扩散b）PN结空间电荷区平衡PN结表现出来的3个主要特征：1.通过平衡PN结的静电流为零；2.在空间电荷区，两侧正负空间电荷数量相等；3.空间电荷区以外的N型区和P型区仍是电中性的。2平衡PN结的能带图平衡PN结的能带图a）N型、P型半导体的能带b）平衡PN结的能带平衡PN结费米能级时处处相等的（证明见教材）2.1.3平衡PN结的接触电势差由于平衡PN结空间电荷区内存在自建电场，使得N区和P区之间存在电势差，把这个电势差称为PN结的接触电势差，用UD表示。2.1.

3、4平衡PN结的载流子浓度分布平衡PN结的载流子浓度分布如图。在空间电荷区靠P边界XP处，电子浓度等于P区的平衡少子浓度nP0，而空穴浓度等于P区的平衡多子浓度PP0；在空间电荷区靠N边界XN处，空穴浓度等于N区的平衡少子浓度PN0，而电子浓度等于N区的平衡多子浓度nN0；在空间电荷区之内，空穴浓度从XP处的pP0减小到XN处的pN0，电子浓度从XN处的nN0减小到XP处的nP0。平衡PN结载流子浓度分布a）U（x）分布b）能带c）载流子浓度分布2.2正向PN结机理与特性2.2.1正向偏置与正向注入效应正向偏置时PN结势垒变化及其能带图2.

4、2.2正向PN结边界少子浓度和少子浓度分布正向PN结少子浓度分布示意图1.边界少子浓度边界少子浓度是指在空间电荷区靠N区边界XN处的空穴浓度p（XN）和靠近P区边界XP处的电子浓度n（XP）。正向PN结少子浓度分布示意图正向PN结的少子分布及其准费米能级靠近P区边界Xp处的电子浓度n(Xp)为靠近N区边界XN处的空穴浓度p(XN)为2.2.3正向PN结电流-电压方程式正向PN结电流的转换与传输示意图PN结正向电流方程式:在常温下可以近似为:正向PN结的电流-电压关系曲线PN结正向电流的讨论1.PN结两边杂质浓度与正向电流的关系P+N结的正

5、向电流公式简化为:PN+结的正向电流公式简化为:高阻区杂质浓度对PN结正向电流的影响2.扩散长度与正向电流的关系对于WW的示意图3.半导体禁带宽度对正向电流的影响禁带宽度愈小，n2i愈大禁带宽度对正向电流的影响4.正向电流的温度效应5.PN结的导通电压和正向压降2.2.5PN结的大注入效应可以证明，特大注入时，通过PN+结的电流密度方程式为NP+结大注入时的载流子分布2.2.6正向PN结空间电荷区复合电流空间电荷区内复合电流示意图当考虑了空间电荷区的复合电流Jr后，PN结正向总电流

6、密度J总=J扩+J复合=2.3反向PN结的机理与特性2.3.1反向偏置与反向抽取作用PN结的反置是指P区接电流源负极，N区接电源正极。PN结的反向抽取作用是指反向结空间电荷区具有的抽取(或收集)少子的重要作用。2.3.2反向PN结边界少子浓度和少子浓度分布反向PN结边界少子浓度所谓边界少子浓度是指在空间电荷区N区边界XN处的空穴浓度p（XN）和靠近P区边界Xp处的电子浓度n（Xp）。反向PN结的准费米能级示意图反向PN结少子浓度分布反向PN结P区少子电子浓度分布反向PN结N区少子电子浓度分布2.3.3反向PN结电流-电压方程式1.反向PN

7、结载流子传输与电流转换反向PN结载流子的传输与电流传输示意图2.反向PN结电流利用正向PN结求扩散电流的方法，可求出PN结的反向电流为：2.3.4反向PN结空间电荷区的产生电流反向PN结空间电荷区产生电流形成示意图当考虑了空间电荷区的产生电流后，PN结的反向电流表达式为2.3.5PN结表面漏电流考虑了表面漏电流之后，实际PN结的反向电流应包括体内扩展电流JRD，空间电荷区产生电流Jg和反向表面漏电流JRS，应等于三项之和JR=JRD+Jg+JRS表面漏电流主要由以下集中情况引起的:1.表面空间电荷区与表面反型沟道2.表面沾污引起表面漏导电

8、流3.其他因素引起表面漏电4.反向电流随温度的变化表面电荷引起的表面空间电荷层与反型沟道a)表面空间电荷层b)表面反型沟道表面漏导电流2.3.6PN结的伏安特性将正向和反向PN结电流-电压公式