对于单边突变结

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1、固体电子器件第一章半导体物理基础(知识回顾）第二章PN结理论第三章双极晶体管第四章场效应晶体管第五章电力电子器件第六章光电子器件p-n结是同一块半导体中p型区与n型区交界面及其两侧很薄的过渡区。它既可以单独构成半导体器件，也是构成各种半导体器件的基本单元。P区NAN区ND什么是PN结？第二章PN结本章所讨论的PN结为理想的平行平面结，即界面为平面，平行于与其相对的两个端面，如图所示。如果结面积足够大，且掺杂浓度只在垂直于结的方向（x方向）变化，就可采用一维的半导体方程。什么是理想平行平面结？2.1PN结的

2、平衡状态2.2准费米能级2.3PN结V-I特性2.4大注入效应2.5PN结的击穿2.6PN结的电容2.7PN结的开关特性2.8PN结二极管第二章PN结内容2.1PN结的平衡状态2.1.1PN结空间电荷区的形成2.1.2内建电场、内建电势和耗尽层宽度2.1.3平衡pn结能带图与载流子分布2.1.4耗尽近似的适用性平衡状态---PN结内温度均匀、稳定，不存在外加电压、光照、磁场、辐射等外作用。内容2.1.1PN结空间电荷区的形成内建电场空间电荷区P区N区NA-ND+NA-pp0ND+nn0平衡状态下的PN结在

3、结的两侧的很窄的区域存在由施主离子和受主离子产生的空间电荷区，空间电荷区产生的电场称为自建电场。空间电荷区的形成利用nopo=ni2的关系，可得：P区：N区：平衡少子P区：N区：平衡多子P区N区NA-，pp0ND+，nn0浓度差扩散电场扩散+漂移一定宽度的稳定空间电荷区动态平衡突变结---P区与N区的杂质浓度都是均匀的，杂质浓度在冶金结面处（x=0）发生突变。当一侧的浓度远大于另一侧时，称为单边突变结，分别记为PN+单边突变结和P+N单边突变结。线性缓变结---冶金结面两侧的杂质浓度均随距离作线性变化，杂

4、质浓度梯a为常数。2.1.2内建电场、内建电势和耗尽层宽度1)简化近似：简化近似一：耗尽近似---认为空间电荷区内的载流子完全扩散掉，即完全耗尽，空间电荷仅由电离杂质提供。这时空间电荷区又可称为“耗尽区”。中性近似---认为在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“中性区”。简化近似二：内建电场空间电荷区P区N区NA-ND+NA-pp0ND+nn0在N区的耗尽区中，根据耗尽近似，写出泊松方程成为：PN上式也可写成：（因）利用边界条件：可得：2)突变结内建电场、内建电势和

5、耗尽层宽度的分析：PN同理可在P区耗尽区中求解泊松方程得：在x=0处，ε(x)达到最大值：由上式可求出N区与P区的耗尽区宽度：总的耗尽区宽度：对内建电场作积分可得内建电势（也称为扩散电势）：以上建立了3个方程，但有4个未知量，即、、和。下面用另一种方法来求解。PN对积分即可求出内建电势为：从上式可解出内建电场：已知在平衡状态下，净的空穴电流密度为零，故由空穴的电流密度方程可得：利用爱因斯坦关系式由于，，故得：由上式可见，Vbi与掺杂浓度、ni（或EG及温度T）有关。在常用的掺杂浓度范围和室温下，硅的Vbi

6、约为0.75V，锗的约为0.35V。最后可得：PN内建电势是电场分布所围城的面积对于单边突变结，则以上各式可简化为：对于单边突变结，以上各式又可简化为：可见，耗尽区主要分布在低掺杂的一侧，与也主要取决于低掺杂一侧的杂质浓度。在线性缓变结中，杂质分布为：耗尽近似下的泊松方程为：边界条件为：积分并应用边界条件后得电场分布为：3)线性缓变结内建电势为：将上面关于与的两个方程联立，可解得：上式中：应当指出，以上所有关于平衡PN结的各个公式，都可以推广到有外加电压时的情形。如果假设外加电压全部降落在耗尽区上，则只需

7、将各公式中的Vbi用（Vbi–V）代替即可。注意外加电压的参考方向与Vbi相反。1)平衡PN结能带内建电场的存在P区N区NA-ND+NA-pp0nn02.1.3.平衡pn结能带图与载流子分布1）p区导带底比n区高qVbi，P区价带顶比N区高qVbi2）禁带宽度Eg保持处处相等3）势垒区内能带弯曲4）有统一的费米能级由于n区的电子要进入p区需要越过一个势垒，所以空间电荷区又叫势垒区。平衡载流子浓度可表为：由上图，可表为：代入载流子浓度表达式中，得：2)载流子的浓度分布N区P区在处：在处：pponpo-xpx

8、nnnopnop(x)n(x)P区N区NA-ND+NA-pp0nn02.1.4、耗尽近似的适用性泊松方程的一般表达式为：电荷密度的一般表达式为：pponpo-xpxnnnopnop(x)n(x)说明：1)耗尽层近似的最大电场强度比实际值偏大；2)正偏误差增大；3)反偏误差减小。预留问题：如果反偏电压使PN结雪崩击穿，电场分布会发生怎样的变化？思考题：中性区近似是否准确？什么样的结构可近似为中性区？什么样的结构不能近似为中性区？