固体物理--半导体晶体 8.8 p-n结

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1、1p-n结将一p型半导体和一n型半导体相接触，在交界面处就形成p-n结存在浓度相等的自由空穴和电离受主杂质原子(电中性)p型n型存在浓度相等的自由电子和电离施主杂质原子（电中性）多数载流子为空穴多数载流子为电子每一侧都存在低浓度的少数型载流子，与多数载流子处于热平衡2p侧的自由空穴倾向于通过扩散，均匀布满整个晶体；n侧的自由电子亦是如此p型n型这种电荷偶极层产生一个自n区指向p区的电场(内建电场)，它阻止扩散，维持两种载流子类型的分离，晶体内的静电势在结区出现跃变扩散会破坏电中性，一旦发生由扩散引起的少量电荷转移，就在p侧流下过量的负电离受主原子，而在n侧的留下过量的正电离施主原子

2、3n区和p区费米能级高低不同，在交界处形成一定的接触电势差，p区相对于n区具有负电势–VD，则p区电子静电势比n区提高eVD，填补了原来费米能级的差别p型n型使两侧的费米能级拉平4虽然在结区存在静电势的跃变，但在整个晶体和结区内的化学势都是同样的常量在热平衡中，空穴或电子的净粒子流为零，因为电流正比于化学势梯度，而不是单单正比于静电场梯度。浓度梯度刚好抵消静电场梯度即使处于热平衡中，也应存在由n区进入p区的小的电子流Jnr，在p区中这些电子同空穴复合。这种复合电流被p区中热产生的、向n区扩散的电子电流Jng所平衡58.8.1整流p-n结可以起整流器的作用，如果在结上施加某个方向的电

3、压，将会有一个大电流；如果施加相反方向的电压，则几乎没有电流如果在结上施加一交流电压，则电流主要向一个方向流动，即达到整流效果反向偏置电压是p区加负电压而n区加正电压，增加两个区间的电势差6加上反向偏置电压后，这时几乎没有一个电子能够由势垒低侧到达高侧。复合电流按玻尔兹曼因子减少玻尔兹曼因子控制着具有足以越过势垒的能量的电子的数目。热产生的电流不特别受反向电压的影响，因为热产生电子反正都要由势能高处向势能低处移动(p→n)因此在反向偏置电压下热电流胜于复合电流7施加正向电压后，使势垒降低，从而使更多的电子由n侧流向p侧，所以复合电流增加而热电流仍然不变穿过结的空穴电流的行为类似于电

4、子电流。降低电子势垒高度的外加电压同时也降低空穴的势垒高度，因此在同样的电压下，有正反两个方向的电子流和空穴流8空穴电流和电子电流彼此相加，即为总电流锗内p-n结的整流特性Is为两种热产生电流之和98.8.2太阳电池和光生伏打检测器用光照射一个没有外加偏压的p-n结，每个被吸收的光子都产生一个电子和空穴当这些载流子扩散至结区时，结区的内建电场把它们扫下势垒，载流子的分离产生跨越势垒的正向电压，这种效应称为光生伏打效应p型n型如果在把p-n结接到外电路上就能形成持续电流，p-n结的作用就相当于一个电源（太阳能转化为电能）108.8.3肖特基势垒当半导体和金属接触时，在半导体中形成载流

5、子严重耗去的势垒层，这种势垒层也称为耗尽层一n型半导体与金属接触，电子自导带移出金属后，两者的费米能级重合电子几乎抛光，剩下带正电荷的施主离子