异质结的电学特性.ppt

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1、半导体光伏与发光器件第二章异质结电学特性[知识点]突变反型和同型异质结的电流输运机构、突变异质结的电容和电压特性、反型异质结的注入特性。[重点]突变反型和同型异质结的电流输运机构、影响尖峰势垒的因素、突变异质结的电容和电压特性。[难点]反型异质结的超注入特性、电流输运机构中的扩散模型、发射模型。[基本要求]1、识记：异质结中存在的几种电流输运机构；2、领会：几种电流输运机构的物理机制；扩散模型须满足的四个条件；3、简单应用：能画出不同电流输运机构的示意图；4、综合应用：能判别不同类型异质结电流输运机构中的I-V曲线特点。[考核要求]1、记住异质结中存在的几种电流输运机构；2、影响尖峰

2、势垒的因素、突变异质结的电容和电压特性；3、作出不同类型异质结的平衡能带图；4、判别不同类型异质结电流输运机构中的I-V曲线特点。在形成异质结的两种半导体材料的交界面处，能带是不连续的，界面处能带的带阶导致势垒和势阱。并且在交界面处必然引入界面态及缺陷（如晶格结构、晶格常数、热膨胀系数和工艺技术），所以异质结的电流输运结构必须根据交界面处的情况分别加以讨论，没有统一的理论。引言2.1突变反型异质结的几种电流输运机构目前提出的pN异质结可能存在的电流输运机构共有五种：（1）扩散（发射）模型（2）简单隧道模型（3）界面复合模型（4）隧道复合模型（5）界面-隧道复合模型Ec1Ev1Ec2E

3、v2（1）扩散（发射）模型：在电场的作用下，具有足够能量的载流子越过势垒，形成通过异质结的扩散（发射）流。由于两个区域载流子所面对的势垒高度通常有明显的差别，往往一种载流子的扩散流显著的超过另一种载流子的扩散（发射）流。Ec1Ev1Ec2Ev2（2）简单隧道模型：n区电子在电场作用下穿过了导带尖峰在p区内复合，形成隧道电子流。Ec1Ev1Ec2Ev2（3）界面复合模型：越过势垒的载流子在界面态上，和相反型号载流子复合。Ec1Ev1Ec2Ev2（4）隧道复合模型：通过界面态隧穿到对方区域的载流子，和相反型号载流子复合。Ec1Ev1Ec2Ev2Ec1Ev1Ec2Ev2（a）隧穿势垒的空穴

4、和越过势垒的电子在界面态上复合（b）隧穿势垒的电子和越过势垒的空穴在界面态上复合（5）界面-隧道复合模型：隧穿势垒的载流子和相反型号越过势垒的载流子在界面态上复合，从而实现了载流子的输运。注意：一般来说，异质结中往往同时存在多种电流输运机构，究竟何种机构是主要的，这取决于能带的带阶和界面态参数情况。2.1.1影响尖峰势垒高度的因素异质结尖峰势垒高度产生的因素：掺杂浓度和外加电压。（1）掺杂浓度：EcEvEFΔEcΔEVqVp<0(a)负尖峰势垒当窄带材料的掺杂浓度比宽带材料的掺杂浓度低的多时，势垒主要落在窄带空间电荷区，宽带界面处的尖峰势垒低于窄带空间电荷区外的导带底，尖峰势垒为负。

5、EcEvEFΔEcΔEVqVp>0当窄带材料的掺杂浓度比宽带材料的掺杂浓度高的多时，势垒主要落在宽带空间电荷区，宽带界面处的尖峰势垒高于窄带空间电荷区外的导带底，尖峰势垒为正。(b)正尖峰势垒（2）外加电压：正向偏压增大尖峰势垒高度变高负尖峰势垒变为正尖峰势垒当pN结施加电压时，尖峰势垒高度也会随之变化：反向偏压增大尖峰势垒高度变低正尖峰势垒变为负尖峰势垒2.1.2扩散模型运用扩散模型须满足以下4个条件：（1）突变耗尽条件：电势集中在空间电荷区，注入的少数载流子在空间电荷区之外是纯扩散运动；（2）波尔兹曼边界条件：载流子分布在空间电荷区之外满足波尔兹曼统计分布；（3）小注入条件：注入

6、的少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小得多；（4）忽略载流子在空间电荷区的产生和复合。1.负尖峰势垒突变pN结电流和电压特性负尖峰势垒突变pN结电流密度和外加电压的关系可以用Shockley方程描述，即：其中，n10和p20是平衡时少数载流子浓度，Dn1和Dn2是少数载流子的扩散系数，Ln1和Lp2是少数载流子的扩散长度。（2.1）异质结常用多数载流子浓度描述电流和电压之间的关系，注意到对于负尖峰势垒突变pN结，平衡时材料2中的多数载流子（电子）n20输运到材料1转换为少数载流子（电子）n10所要克服的势垒为qVD-ΔEC，得：（2.2）在外加电压下，电子电流为：（2.3）平衡时材料

7、1中的多数载流子（空穴）p0输运到材料2转换为少数载流子（空穴）p20所要克服的势垒为qVD+ΔEV，得：（2.4）在外加电压下，空穴电流为：（2.5）由于空穴电流所克服的势垒qVD+ΔEv要比电子电流所要克服的势垒大得多，所以有Jp<