第六章pn结二极管：IV特性ppt课件.ppt

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1、第六章pn结6.1pn结及其能带图6.2pn结电流电压特性6.3与理想情况的偏差*（了解）据统计：半导体器件主要有67种，另外还有110个相关的变种所有这些器件都由少数基本模块构成：pn结金属－半导体接触MOS结构异质结超晶格6.1pn结及其能带图1p-n结的形成和杂质分布在一块n型半导体单晶上，用适当的方法（扩散或离子注入）把p型杂质掺入其中，使其在不同的区域形成p型和n型，在二者的交界面处形成了pn结。6.1pn结及其能带图pn结二极管的制备冶金结的位置杂质浓度随位置的变化曲线6.1pn结及其能带图理想化的杂质分布近似突变结线性缓变结杂质分布x

2、)=NAx>xj,N(x)=ND（x)=qax06.1pn结及其能带图2.pn结的形成过程和电荷再分配(a)孤立的p型和n型区域（b）pn结接触，p区空穴扩散到n区，在p区边界剩下NA-；n区电子扩散到p区，在n边界剩下ND+(c)NA-,ND+形成内建电场，方向从n→p(d)内电场的作用下，载流子漂移（e)扩散流=漂移流，总电流为0，达到热平衡（f)空间电荷区宽度一定，空间电荷的分布达到稳定。3.pn结热平衡时的能带图电场从n区指向p区，电势从n区到p区逐渐降低，电子的电势能增加，空间电荷区能带发生弯曲，正是空间电荷区中电势能变化的结果。6.1pn结及其能带

3、图方法一方法二平衡pn结中的电势和电势能6.1pn结及其能带图4.pn结中电场、电势和电荷分布内建电势Vbi：热平衡条件下的耗尽区电压称为内建电势，它是一个非常重要的结常数。6.1pn结及其能带图势垒高度qVbi势垒宽度xD=xn+xp6.1pn结及其能带图5.耗尽近似耗尽近似是对实际电荷分布的理想近似，包含两个含义：（1）在冶金结附近区域，-xp

4、：分析过程，处理方法6.2.2定量推导：建立理想模型-写少子扩散方程，边界条件-求解少子分布函数-求扩散电流-结果分析。分析实际与理想公式的偏差0偏正偏反偏1.热平衡状态6.2.1定性推导电子从n区扩散到p区需有足够的能量克服“势垒”。只有少数高能量的电子能越过势垒到达P区，形成扩散流。P区的电子到达n区不存在势垒，但是少子，少数电子一旦进入耗尽层，内建电场就将其扫进n区，形成漂移流。热平衡：电子的扩散流=漂移流空穴的情况与电子类似2.加正偏电压势垒高度降低，n型一侧有更多的电子越过势垒进入p区，p区一侧有相同数目的电子进入耗尽层扫入n区，形成净电子扩散电流IN

5、同理可分析空穴形成扩散电流IP。流过pn结的总电流I=IN+IP。因为势垒高度随外加电压线性下降，而载流子浓度随能级指数变化，所以定性分析可得出正偏时流过pn结的电流随外加电压指数增加。6.2.1定性推导正偏时的能带/电路混合图6.2.1定性推导3.反向偏置：势垒高度变高，n型一侧几乎没有电子能越过势垒进入p区，p区一侧有相同数目的电子进入耗尽层扫入n区，形成少子漂移流，同理n区的空穴漂移形成IP，因与少子相关，所以电流很小，又因为少子的漂移与势垒高度无关，所以反向电流与外加电压无关。6.2.1定性推导反偏时的能带/电路混合图6.2.1定性推导6.2.1定性推导

6、pn结的I-V特性曲线正向偏置下p-n结费米能级反向偏置下p-n结费米能级6.2.2定量求解方案理想p-n结，满足以下条件的p-n结（1）二极管工作在稳态条件下（2）杂质分布为非简并掺杂的突变结p=n0-xp

7、分布函数求出流过pn结的电流6.2.1定性推导6.2.1定性推导6.2.1定性推导由pn结定律得耗尽层的边界条件P区n区6.2.1定性推导边界条件欧姆接触边界条件6.2.1定性推导6.2.3严格推导n区p区6.2.3严格推导正偏时的过剩少子浓度分布6.2.3严格推导6.2.4结果分析非对称结中，重掺杂一侧的影响较小，可忽略6.2.4结果分析（4）载流子电流6.2.4结果分析（4）载流子浓度6.2.4结果分析0偏正偏反偏讨论题：理想二极管的I-V曲线如何随温度而变化6.2.4结果分析例题2将电压VA=23.03kT/q加在一个突变二极管上，且二极管n型和批p型区杂

8、质浓度为NA=1017c