null 第4章 PN结 第4章 PN结4.1 基本工艺步骤
4.2 热平衡状态
4.3 耗尽层
4.4 耗尽层势垒电容
4.5 电流-电压特性
4.6 电荷储存与暂态响应
4.7 结击穿
4.8 异质结本章主题本章主题电特性和物理特性上p-n结的形成
在偏压下，结耗尽层的特性
电流在p-n结的输运，产生及复合对其的影响
p-n结的电荷储存对其暂态响应的影响
发生在p-n结的雪崩倍增及其对最大反向电压的影响
异质结及其基本特性4.1 基本工艺步骤4.1 基本工艺步骤PN结是同一块半导体晶体内P型区和N型区之间的边界
PN结是各种半导体器件的基础，了解它的工作原理有助于更好地理解器件
基本工艺步骤
1氧化
2图形曝光
3扩散和离子注入
4金属化4.2 热平衡状态4.2 热平衡状态p-n结：整流性VBI/mAv/V反向击穿正向导通能带图能带图pnECECEFEFEVEV形成结前均匀掺杂p和n半导体pn+++---EECEC漂移扩散EFEFEVEV扩散漂移热平衡时，在耗尽区电场p-n结能带图平衡费米能级平衡费米能级开始，N区中存在高浓度的电子，P区中存在高浓度的空穴。然后，载流子互相扩散，分别留下ND+和NA-。这样一来，产生了一个电场BJ阻止它们的继续扩散。
在平衡态，扩散=漂移, BJ =常数
电荷和电势分布满足Poisson方程：pn++
++--
--内建电势内建电势内建电势概念
在热平衡时p型和n型中性区的总静电势差注意：PN结的内建电势决定于掺杂浓度ND、NA、材料禁带宽度以及工作温度空间电荷空间电荷由中性区移动到结会遇到一窄小的过度区，这些掺杂离子的空间电荷部分被移动载流子补偿，越过了过度区，进入移动载流子浓度为零的完全耗尽区，这个区域称为耗尽区在p=n=0两个重要列子1 突变结
2 线性缓变结4.3 耗尽区
4.3.1 突变结电场电势分布4.3 耗尽区
4.3.1 突变结电场电势分布耗尽层近似耗尽层近似假定：ND ，NA 是常数
耗尽层近似 Possion方程耗尽层近似耗尽层近似总耗尽层宽度为：
N区有：P区：null电场随x线性变化，在x=0时达最大值：电势分布电势分布P-N和P+N结P-N和P+N结耗尽层宽度耗尽层宽度单边突变结相关公式单边突变结相关公式在P+N结中，NA>>ND,xp<>NA,Xn<1/2
电压灵敏度：超突变结>突变结>线性缓变结nullp+nVR超突变结m=-3/2线性缓变结m=1突变结m=0三种结的杂质分布耗尽区宽度和反向偏压的关系w（VR）1/（m+2）4.5 电流电压特性4.5 电流电压特性理想电流电压特性基于如下假设1 耗尽区为突变边界，边界之外为电中性
2 在边界的载流子浓度和静电电势有关
3 小注入情况，（在中性区边界，多数载流子因加上偏压改变的量可忽略）
4 在耗尽区内无产生和复合电流，空穴电子为常数4.5.1 理想情况4.5.1 理想情况耗尽区边界的
少数载流子浓度总电流是常数稳态连续方程：null上式称为理想二极管方程式
JS是饱和电流密度，理想电流-电压特性如图J/JS正向偏压反向偏压直角坐标半对数坐标正向偏压反向偏压4.5.2 产生复合与大注入影响4.5.2 产生复合与大注入影响在反向偏压下，在耗尽区产生电流，w为耗尽区宽度总反向电流产生复合与大注入影响产生复合与大注入影响正向
偏压产生复合与大注入影响产生复合与大注入影响Et=E i时当产生复合与大注入影响产生复合与大注入影响对于v>3kT/q复合电流串联电阻和大注人效应串联电阻和大注人效应串联大注入在n端pn=nn电流正比于增长较缓慢4.5.3 温度影响4.5.3 温度影响扩散和复合产生电流大小和温度有关硅二极管I，V和温度的关系正向偏压反向偏压2251751257525VF/VVR/V2251751257525null对于一扩散电流占优势的单边p+-n，饱和电流密度JS和温度关系对p+-n结在反向偏压4.6 电荷储存与暂态效应4.6 电荷储存与暂态效应少数载流子的储存扩散电容扩散电容概念当结处于正向偏压，中性区储存电荷的重新排列，对结电容会产生附加电容理想二极
管电导GP-N结小信号等效电路VII CdCjG暂态响应暂态响应+-VFI基本开关电路-+VRIFIRtoff0.1IR由正向偏压到反向暂态响应4.7 PN结的电击穿4.7 PN结的电击穿击穿机制：
雪崩击穿
隧道击穿
一载流子产生雪崩击穿条件雪崩击穿通用公式雪崩击穿通用公式单边突变结线性缓变结硅扩散结的雪崩击穿电压判断条件考虑边缘效应的通用公式隧道击穿隧道击穿隧道穿透几率P：隧道长度:隧道击穿: VB<4Eg/q
雪崩击穿： VB>6Eg/q4.8 异质结4.8 异质结不同材料组成的结ECEC1EF1EVqx1qqx1qEg2EC2EF2EV2EV1真空能级两个分离半导体能带图异质结
异质结
vbiV b2Vb1qx2qECqx2qEC1EF1EC2EF2EV2Eg2Vb2EVEV1Eg1Vb1X1X2热平衡时，理想p-n异质结能带图两个假设两个假设1 热平衡界面两端费米能级相同
2 真空能级必须连续，且平行于能带边缘总内建电势耗尽区宽度耗尽区宽度作业5作业51 画出pn结在零偏、正偏和反偏时的能带图
2 P124： 3(a)(c);4;5；7P124 9；11；12 作业4作业6作业61 什么是耗尽区势垒电容、扩散电容？
2 什么是耗尽区产生-复合电流？
3 什么是隧道效应、雪崩效应？
4 为什么理想pn结电流是少子扩散电流？
5 P125： 15;16。
本文档为【半导体器件物理_施敏_第二版】，请使用软件OFFICE或WPS软件打开。作品中的文字与图均可以修改和编辑，
图片更改请在作品中右键图片并更换，文字修改请直接点击文字进行修改，也可以新增和删除文档中的内容。
该文档来自用户分享，如有侵权行为请发邮件ishare@vip.sina.com联系网站客服，我们会及时删除。
[版权声明] 本站所有资料为用户分享产生，若发现您的权利被侵害，请联系客服邮件isharekefu@iask.cn，我们尽快处理。
本作品所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权，请谨慎使用。
网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽..)目的在于配合国家政策宣传，仅限个人学习分享使用，禁止用于任何广告和商用目的。
浙公网安备 33021202002483