pn结(白底).ppt

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1、第一章p-n结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p-n结是众多半导体器件的核心部分pn1第一章p—n结§1.1p-n结的形成及平衡状态§1.2p-n结的直流特性§1.3p-n结空间电荷区和势垒电容§1.4p-n结的交流小信号特性§1.5p-n结的击穿本章讨论p-n结的形成、杂质分布、能带图、空间电荷区的电场及电位分布，以及在外加电压作用下p-n结空间电荷区的变化及载流子的分布、运动及复合的规律，从而解释p-n结的整流特性、电容效应及击穿现象。2§1.1p—n结的形成及平衡状态1、p-n结的形成与杂质分布2、p-n结空间电荷区3、p-n结的能

2、带图4、平衡p-n结势垒区电场5、平衡p-n结势垒高度6、平衡p-n结的载流子浓度分布第一章p—n结3半导体二极管的结构类型在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。(1)点接触型二极管PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。(a)点接触型二极管的结构示意图4(c)平面型二极管的结构示意图(3)平面型二极管往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型5实际的p-n结结构6p-n结的形成过程在一块本征半导体的两

3、侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上发生如下物理过程:因浓度差多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区空间电荷区形成自建电场促使少子漂移阻止多子扩散1、p-n结的形成与杂质分布7最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。P型半导体和N型半导体结合面以及离子薄层形成的空间电荷区称为p-n结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。图PN结的形成过程8制作p-n结的方法主要有合金法、扩散法、离子注入法及外延法。由于获得p-n结的手段不同，其内部杂质分布也各不相同。用合金法制得的p-n结，在p型区和n型区内

4、部的杂质分布均匀，而在交界面处杂质类型突变，故合金结又可称为突变结。若其中一侧的杂质浓度比另一侧杂质浓度高两个数量级以上，又称之为单边突变结。用扩散法制得的p-n结，扩散杂质浓度由表面向内部沿扩散方向逐渐减小，在结附近杂质浓度是渐变的，故称其为缓变结。若结附近杂质浓度作线性变化，其杂质浓度梯度是常数，称作线性缓变结。在冶金结处，净杂质浓度为零。910PN空间电荷区Xm自建电场EXpXn因为缺少载流子，空间电荷区为高阻区。2、p-n结空间电荷区113.平衡p-n结的能带：(没有外加偏压)能带结构载流子漂移(电流)和扩散(电流)过程保持平衡(相等)，形成自建场和自建势自建场

5、和自建势1）p区导带底比n区高qVD，P区价带顶比N区高qVD2）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124.平衡p-n结势垒区的电场式中利用爱因斯坦关系式净电流为零以空穴为例135.平衡p-n结的势垒高度假设杂质全部电离突变结线性缓变结可见：1、两侧掺杂浓度越大，或a越大，则VD越大；2、ni越小(Eg越大)则VD越大；3、VD与T有关，T升高，VD降低，因为ni~T关系起作用；4、p-n结两侧载流子浓度关系：146、平衡p-n结的载流子浓度分布平衡p-n结中费米能级处处相等，但本征费米能级是x的函数在空间电荷区中x处：1516一、正向p-

6、n结1正向p-n结的势垒和正向注入效应2准费米能级的变化规律3正向p-n结势垒边界处少子浓度4正向p-n结电流-电压公式非平衡少子浓度分布公式电流成分的转换正向电流公式正向阈值电压关于正向电流公式的讨论理论与实验结果的偏离势垒复合电流大注入效应p-n结直流特性的理论分析§1.2p-n结的直流特性17二、反向p-n结1反向p-n结的能带与势垒2p-n结的反向抽取作用与准费米能级3反向p-n结边界少子浓度及两侧少子浓度分布4p-n结的反向扩散电流5势垒产生电流6表面漏电流三、温度对p-n结电流、电压的影响1对反向饱和电流的影响2对势垒产生电流的影响3对正向电流的影响4对p-

7、n结电压的影响§1.2p-n结的直流特性18p-n结的单向导电性如果外加电压使p-n结中：P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；p-n结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，p-n结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏。一、正向p-n结19正向偏置的p-n结正向偏置时，扩散大于漂移正向电流N区P区空穴：电子：P区N区扩散扩散漂移漂移正向偏置时的能带图20p-n结加正向电压时的导电情况外加的正向电压有一部分降落在p-n结区，方向与p-n结内电场方向相反，削弱了