结电流电压特性

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1、第六章、p－n结本章在已知载流子分布以及电场和浓度梯度下载流子运动规律的前提下，讨论PN结电流电压特性、电容效应、击穿特性等。目的：了解半导体器件最基础单元具有的特性。2010年12月9日星期四第1页主要内容：1、热平衡条件下的p-n结p-n结定义及形成p-n结的空间电荷区及自建电场p-n结的能带图空间电荷区中的电场、电位分布p-n结接触电势差p-n结载流子分布2010年12月9日星期四第2页主要内容：2、p-n结直流电压特性非平衡状态下的p-n结理想p-n结电流电压方程影响p-n结电流电压特性偏离理想电流电压方程的因素

2、2010年12月9日星期四第3页3、p-n结电容势垒电容、扩散电容4、p-n结击穿5、p-n结隧道效应2010年12月9日星期四第4页10、（1）写出理想PN结的I-V特性，即电流密度J与电压V的关系方程。分别在直角线性坐标系和半对数坐标系中，示意画出PN结电流－电压特性曲线。(2)在半对数坐标系中的曲线上，如何将正向小电压下势垒区复合电流和反向电压下势垒区产生电流产生的作用反映在曲线上？简单解释之。(3）如果PN结电流中，同时考虑扩散电流和复合电流时，即采用理想因子m，写出含有理想因子m的J-V特性方程，并描述一种测量

3、m的实验方法。(4)分别分析PN结加正向偏置和反向偏置，对PN结边界处少子浓度的改变，以此论述，PN结具有正向导通和反向饱和特性。（2008）（32分）2010年12月9日星期四第5页8、写出n型样品中，小注入条件下，少子空穴的连续性方程。写出空穴不随时间变化时（稳态）、不考虑电场、无光照情况下，少子空穴的方程。（2008）10、（16分）对于一个PN结二极管，论述如何判断加正向电压后，其电流是以扩散电流为主还是以空间电荷区复合电流为主？（2007）2010年12月9日星期四第6页11、（20分）PN结的N型一侧掺杂浓度

4、为ND，P型一侧掺杂浓度为NA，采用杂质饱和电离近似，证明PN结的接触电势差为：ni是本征载流子浓度另有一N+N结，掺杂浓度分别为N+，N，证明此时N+N结的接触电势差为：比较两者的大小，并解释其内在的物理机理。（2007）2010年12月9日星期四第7页10、（24分）一个硅PN结（T=300K），P区的掺杂浓度为NA＝1x1015cm-3，N区的掺杂浓度ND＝3NA，使用杂质全部电离和载流子全部耗尽假设，(1)计算室温下PN结的接触电势差VD；(2)定性画出PN结的电场分布、电荷分布。(3)若温度T增加、材料的禁带宽

5、度Eg增加，VD将分别如何变化？(4)若此结构是N+-N结，即N+区一侧ND+=3NA，N区一侧ND=NA，计算此时的VD。（2006）2010年12月9日星期四第8页14、写出理想PN结的J-V特性关系公式（肖克莱方程）。并在半对数坐标下（X轴为V，Y轴为ln（J/J0），定性画出该曲线。若此PN结为实际的PN结，应做哪些改动？为什么？（2006）2010年12月9日星期四第9页§6.1热平衡条件下的p-n结1、热平衡条件下的p-n结1）p-n结定义及形成p-n结：利用合金法、扩散法、离子注入法等，往某一类型半导体的局

6、部区域掺入不同类型的杂质，使不同区域分别有不同类型的杂质，形成不同类型半导体的“接触”，即为p-n结。同一晶格结构中，掺杂不同2010年12月9日星期四第10页2）杂质分布突变结：杂质浓度由n（p）型突变到p(n)型缓变结：杂质浓度由n（p）型缓慢变化到p(n)型2010年12月9日星期四第11页2、p-n结的空间电荷区及自建电场2010年12月9日星期四第12页2010年12月9日星期四第13页3、p-n结的能带图2010年12月9日星期四第14页热平衡下PN结的特点1.P区、N区具有统一的费米能级，EFp=EFn。2

7、.有稳定的空间电荷区，其内正负电荷总量相等，使得电场被屏蔽；在空间电荷区以外，电场为零，仍然保持电中性：NAxTP=NDxTn3.由于自建电场的存在，在空间电荷区中，能带发生弯曲.在pn结两端存在着一个势垒，其高度为接触电势差VD，2010年12月9日星期四第15页证明：热平衡下的PN结有统一的费米能级。流过pn结的总电子电流密度Jn，应等于电子的漂移电流密度和扩散电流密度之和，Jn=nqn

8、E

9、+qDndn/dxDn＝k0Tn/q2010年12月9日星期四第16页4、空间电荷区中的电场、电位分布（第三节电容）5、p

10、-n结接触电势差由突变平衡p-n结的能带图，势垒高度qVD补偿了p区与n区的费米能级之差2010年12月9日星期四第17页n区与p区的平衡电子浓度分别为：结接触电势差与掺杂浓度、温度、禁带宽度等有关2010年12月9日星期四第18页6、p-n结载流子分布2010年12月9日星期四第19页问题：掺杂ND，势垒区电势比E