半导体物理学 .ppt

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1、SemiconductorPhysicsChapter4PNJunctionatEquilibriumandUnderBiasing第四章平衡和偏置状态下的PN结特性PNJunctionatEquilibriumandUnderBiasingSemiconductorPhysicsChapter4PNJunctionatEquilibriumandUnderBiasingPN结是半导体样品中P型区域和N型区域间的界面。PN结相关的现象乃是包括所有集成电路在内的半导体器件的基础。SemiconductorPhysicsC

2、hapter4PNJunctionatEquilibriumandUnderBiasingPN结基本的概念BasicPNJunctionConcepts由于杂质分布不同，存在着各种各样的PN结，但只要掌握基本的物理和数学概念，不同PN结的分析处理并不困难。SemiconductorPhysicsChapter4PNJunctionatEquilibriumandUnderBiasing这一章我们将通过最简单的PN结，引出一些与平衡和偏置状态相关的重要结论。SemiconductorPhysicsChapter4PNJunct

3、ionatEquilibriumandUnderBiasing对称突变结示意电中性N区ND=1016/cm3电中性P区NA=1016/cm3X0冶金结位置SemiconductorPhysicsChapter4PNJunctionatEquilibriumandUnderBiasing我们曾描绘过P型和N型半导体样品的能带，那么掺杂浓度相当的P型半导体和N型半导体构成对称突变结时，样品的能带将会如何呢？Semiconducto

4、rPhysicsChapter4PNJunctionatEquilibriumandUnderBiasing仍以费米能级作基准，因为费米能级无论对P型半导体，还是N型半导体应该是统一的，所以，PN结的能带图可按下图所示次序来绘制。SemiconductorPhysicsChapter4PNJunctionatEquilibriumandUnderBiasingPN的能带图BandDiagramofJunctionP型和N半导体单独样品的能带图导带价带-ψC(x)φ=0-ψi(x)-ψV(x)导带价带-ψC(x)φ=0-ψi(

5、x)-ψV(x)SemiconductorPhysicsChapter4PNJunctionatEquilibriumandUnderBiasing构成PN结的能带图电中性N区电中性P区x0ψφ=0ψC(x)ψV(x)Ψi(x)△ψ空间电荷区SemiconductorPhysicsChapter4PNJunctionatEquilibriumandUnderBiasing导带价带-ψC(x)φ=0-ψi(x)-ψV(x)导带价带-

6、ψC(x)φ=0-ψi(x)-ψV(x)电中性N区电中性P区x0ψφ=0ψC(x)ΨV(x)Ψi(x)△ψ空间电荷区SemiconductorPhysicsChapter4PNJunctionatEquilibriumandUnderBiasing耗尽近似TheDepletionApproximation由于PN结空间电荷区内静电势、电场、电荷和载流子密度相关的微分方程都是非线性方程，分析PN结问题并不容易。SemiconductorPhysicsChapter4P

7、NJunctionatEquilibriumandUnderBiasing耗尽近似却给我们提供了处理和分析PN结问题的可能性。对称突变结采用耗尽近似绘于下图：SemiconductorPhysicsChapter4PNJunctionatEquilibriumandUnderBiasingn(x)，p(x)n(x)p(x)x0两侧分别为电子和空穴的密度分布，带正、负符号的圆圈分别代表施主和受主离子。SemiconductorPhysicsChapter4PNJunctionatEquilibriumand

8、UnderBiasingxρ(x)0空间电荷的实际分布SemiconductorPhysicsChapter4PNJunctionatEquilibriumandUnderBiasingqND-qNA-x0/2+x0/2xρ(x)0采用耗尽近似后的空间电荷分布Semiconduct