半导体物理PN结.pptx

半导体物理第六章PN结什么是PN结？PN结的典型工艺方法（1）：杂质浓度从p区到n区逐渐变化，称为缓变结。PN结的形成机理（1）：内电场作用促进少子的漂移运动，使N区的少子空穴向P区漂移，P区的少子电子向N区漂移，漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区所失去的空穴，从P区漂移到N区的电子补充了原来交界面上N区所失去的电子，这就使空间电荷减少，内电场减弱。因此，漂移运动的结果是使空间电荷区变窄，扩散运动加强。最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN结的内电场方向由N区指向P区。在空间电荷区，由于基本上没有自由载流子，所以也称耗尽层。P、n两侧空间电荷总数相同，对外保持整体的电中性。两个半导体结合成pn结时，电子从费米能级高的n区流向费米能级低的p区，空穴从p区流到n区。EFn不断下移（事实上，费米能级是随着n区能带下移），EFp不断上移,直到EFn=Efp。这时PN结具有有统一费米能级Ef，PN结处于平衡状态PN结费米能级处处相等标志PN结达到动态平衡，无扩散、漂移电流流过。电流密度方程式推导动态平衡时本征费米能级Ei的变化与电子的电势能-qV(x)的变化一致，所以：PN结接触电势差nn0、np0分别为平衡时n、p区的电子浓度对于非简并半导体可得：和PN结两边的掺杂浓度、温度、材料的禁带宽度有关。在一定的温度下，突变结两边掺杂浓度越高，接触电势差越大；禁带宽度越小，越小，越大。平衡时的pn结，取p区电势为零，则势垒区中一点x的电势V(x)正值，x点的电势能为E(x)=-qV(x)因为E(x)=-qV(x)同理，X点空穴浓度为，X处电子浓度：势垒区载流子浓度的估计：由上述数据可以看出，对于绝大多数势垒区，其中杂质虽然的都已电离，但是载流子浓度想对于n区和p区的多子浓度小得多，好像已经耗尽了。所以通常称势垒区为耗尽层，即认为其中载流子浓度很小，可以忽略不计，所以，空间电荷密度就等于电离杂质密度。pn结的单向导电性外加正向电压下，pn结势垒变化和载流子运动：加正向偏压时，电子扩散np，空穴扩散pn；电子通过势垒区在边界PP’处积累，PP’处电子浓度大于P区电子浓度，形成向P区的电子扩散流。（空穴一样）非平衡少子在扩散过程中，不断与多子复合，直到复合完毕，这段区域称为扩散区域。在正向偏压一定时，单位时间从n区扩散到PP’处的非平衡少子浓度是一定的，并在扩散区形成稳定的分布，因此非平衡少子扩散流不变。增大正向偏压时，势垒降得更低，增大了流入p区的电子流和流入n区的空穴流。通过pn结的总电流=通过边界PP’的电子扩散电流+通过边界nn’的空穴扩散电流正向偏压下pn结的能带图正向偏压下的特征：P、n区具有各自的费米能级Efn、Efp；有净电流流过pn结；正向偏压下，势垒降低qV;qV=Efn-Efp；Efn位置高于EFP外加反向电压下，pn结势垒变化和载流子运动：反向偏压下pn结的能带结构谢谢观看