半导体物理基础6.pptx

图图1 p-n结基本结构结基本结构合金温度合金温度降温再结晶降温再结晶扩扩 散散 缓变结与突变结缓变结与突变结 当当p p型半导体和型半导体和n n型半导体接触在一起时型半导体接触在一起时,在两在两者的交界面处存在着一个过渡区者的交界面处存在着一个过渡区,通常称为通常称为p-np-n结结.5.2 Equilibrium p-n Junctionp-n Junction1 空间电荷区空间电荷区(Space charge region)(Space charge region)的形成的形成(平衡状态下的结平衡状态下的结)刚接触，扩散刚接触，扩散漂移漂移（达到动态平衡）阻挡层阻挡层扩散扩散=漂移漂移内建电场内建电场漂移漂移 耗尽区耗尽区Depletion region空间电荷区空间电荷区Space charge regionEFn高于高于EFp表明两表明两种半导体中的电子种半导体中的电子填充能带的水平不填充能带的水平不同。同。2能带图能带图(Enery band diagram)3.接触电势差接触电势差(The Contact Potential)VD 平衡时n型半导体中的电子浓度为型半导体中的电子浓度为p型半导体中的电子浓度为型半导体中的电子浓度为*势垒高度势垒高度 ND、NA 4.空间电荷区宽度空间电荷区宽度(Space charge region width)突变结突变结5 载流子分布载流子分布(Carrier distributions)5.3.p-n结电流结电流-电压特性电压特性1.1.势垒区的自由载流子全部耗尽势垒区的自由载流子全部耗尽,并忽略势垒区中并忽略势垒区中载流子的产生和复合。载流子的产生和复合。I-V characteristic of a p-n junction现假设现假设:2.2.小注入小注入:注入的少数载流子浓度远小于半导体中注入的少数载流子浓度远小于半导体中的多数载流子浓度。在注入时，扩散区的漂移电场可的多数载流子浓度。在注入时，扩散区的漂移电场可忽略。忽略。外加电场与内建电场方向相反，削弱了内建电场，因而使外加电场与内建电场方向相反，削弱了内建电场，因而使势垒两端的电势差由势垒两端的电势差由V VD D减小为减小为（V VD D-V-Vf f），相应地势垒区，相应地势垒区变薄变薄。外加电场削弱了漂移运外加电场削弱了漂移运动，使动，使:漂移漂移 扩散扩散(1)正向偏置正向偏置 （Forward bias）这种由于电场作用而使非平衡载流子进入半导体的过程称为这种由于电场作用而使非平衡载流子进入半导体的过程称为电注入。电注入。Space charge regionNeutral regionDiffusion region这两股电流之和就是正向偏置下流过这两股电流之和就是正向偏置下流过p-np-n结的电流。结的电流。P P区空穴向区空穴向n n区扩散区扩散空穴扩散电流空穴扩散电流n n区电子向区电子向P P区扩散区扩散电子扩散电流电子扩散电流。根据电流连续性原理，通过根据电流连续性原理，通过p-np-n结中任一截面的总电流是结中任一截面的总电流是相等的，只是对于不同的截面，电子电流和空穴电流的比例有相等的，只是对于不同的截面，电子电流和空穴电流的比例有所不同而已。所不同而已。考虑考虑-x-xp p截面：截面：忽略了势垒区载流子的产生和复合：忽略了势垒区载流子的产生和复合：正向偏置时，半导体内的载流子浓度分布正向偏置时，半导体内的载流子浓度分布加正向偏置加正向偏置V后，结电压为（后，结电压为（VD-Vf），），在在xp处注入的非平衡电子浓度为：处注入的非平衡电子浓度为：在在xn处注入的非平衡空穴浓度为：处注入的非平衡空穴浓度为：同理：同理：-肖克莱方程肖克莱方程外加电场外加电场V Vr r与内建电场方向一致与内建电场方向一致扩散扩散 Eg的光照射具有的光照射具有p-n结结构的半导体表结结构的半导体表面面,那么只要结的深度在光的透入深度范围内那么只要结的深度在光的透入深度范围内,光照的光照的结果将在光照面和暗面之间产生光电压结果将在光照面和暗面之间产生光电压.光生伏特光生伏特效应效应.1.试述平衡试述平衡p-n结形成的物理过程结形成的物理过程.它有什么特点它有什么特点?画画出势垒区中载流子漂移运动和扩散运动的方向出势垒区中载流子漂移运动和扩散运动的方向.2.内建电势差内建电势差VD受哪些因素的影响受哪些因素的影响?锗锗p-n结与硅结与硅p-n结结的的VD哪个大哪个大?为什么为什么?3.试比较平衡试比较平衡p-n结结,正向偏置正向偏置p-n结结,反向偏置反向偏置p-n结的特结的特点点.4.写出写出p-n结整流方程结整流方程,并说明方程中每一项的物理意义并说明方程中每一项的物理意义?5.p-n结的理想伏结的理想伏-安特性与实际伏安特性与实际伏-安特性有哪些区别安特性有哪些区别?产生的原因是什么产生的原因是什么?复习与思考复习与思考6.p-n结为什么有电容特性结为什么有电容特性?与普通电容相比有哪些相与普通电容相比有哪些相似之处似之处?有哪些区别有哪些区别?7.p-n结击穿主要有哪几种结击穿主要有哪几种?说明各种击穿产生的原因说明各种击穿产生的原因和条件和条件.影响它们的因素有哪些影响它们的因素有哪些?8.在隧道二极管中在隧道二极管中,n区常重掺杂使区常重掺杂使EFn位于导带中位于导带中,p区区重掺杂使重掺杂使EFp位于价带中位于价带中,画出这种二极管在零偏时的画出这种二极管在零偏时的能带图能带图,并说明外加正偏或反偏时并说明外加正偏或反偏时,能带将如何变化能带将如何变化?9.隧道二极管与一般隧道二极管与一般p-n二极管的伏二极管的伏-安特性有什么不安特性有什么不同同?它有什么优点它有什么优点?