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空间电荷区形成原理⼤⼆学的模电，现在⼜拿起来，感叹⾃⼰学的实在太差，所以结合⼀些资料开始总结笔记pn结和空间电荷区还是有区别的。
这⾥说点题外话浓度差导致扩散运动，⽽空间电荷区内电场会导致漂移运动当参与扩散运动和漂移运动的载流⼦数⽬相同时，达到动态平衡，此时形成pn结也就是说空间电荷区的形成不需要动态平衡的条件以上为个⼈理解。
杂质半导体中的多⼦⼀般都是由杂质原⼦提供，少⼦是本征激发产⽣P型半导体和n型半导体结合后，交界处p区的多⼦（空⽳）向n区扩散，n区多⼦（电⼦）向p区扩散前者是因为n区的空⽳少产⽣了浓度差，后者是因为p区电⼦少产⽣了浓度差，由此产⽣了扩散这⾥空⽳的移动是相对的，p区的空⽳被n区过来的电⼦结合，所以p区少了⼀个空⽳，⽽n区电⼦离开后会留下⼀个空⽳，这就好似空⽳从p区扩散到了n区，实际上是相对⽽⾔。
扩散之后出现了复合，即n区的电⼦与扩散过来的空⽳结合，p区的空⽳与扩散过来的电⼦结合这就导致n区杂质原⼦失去电⼦，留下了带正电的杂质离⼦，p区失去空⽳，即得到电⼦，留下带负电的杂质离⼦（对照下⾯原因）由此形成了所谓的空间电荷即耗尽区⽽p区是负离⼦区，n区正离⼦区，这些离⼦不能移动（溶液中的离⼦可以移动，固体中的不能），由此会形成电场（原因：原⼦是由原⼦核和核外电⼦组成，原⼦核带正电荷，绕核运动的电⼦则带相反的负电荷。
原⼦的核电荷数与核外电⼦数相等，因此原⼦显电中性。
当原⼦得到⼀个或⼏个电⼦时，核外电⼦数多于核电荷数，从⽽带负电荷，称为阴离⼦。
当原⼦失去⼀个或⼏个电⼦时，核外电⼦数少于核电荷数，从⽽带正电荷，称为阳离⼦。
）p与n型半导体都是电中性，区别在于它们的载流⼦极性不同，所以说p或n型半导体显电性是错误的那么p区为何是负离⼦呢？因为p型半导体本⾝是电中性的，空⽳是正电，所以离⼦得是负电。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------【精品】1、解释如下概念：PN结、空间电荷区、内建电场、内建电势 (80)1 1 、解释如下概念：PN 结、空间电荷区、内建电场、内建电势差、突变结、线性缓变结。
答：PN 结：在一块半导体上形成的p p 型区和n n 型区交界处。
空间电荷区：离化的施主和受主带有固定的电荷，占据一定的区域。
内建电场：空间电荷产生的电场。
内建电势差：平衡p p- -n n 结的空间电荷区两端间的电势差 V V D D ，称为p p- -n n 结的接触电势差或内建电势差。
突变结：P P 型区中受主杂质浓度为 N N A A ，均匀分布； N N 型区中施主杂质浓度为 N N D D ，均匀分布；在交界面处，杂质浓度由 N N A A (P 型) ) 突变为 N N D D (N 型) ) ；具有这种杂质分布的 pn 结称为突变结。
线性缓变结：1/ 10扩散结中杂质的分布中，浓度梯度比较大的一类可以用前述的突变结来描述；浓度梯度比较小的称为线性缓变结。
2 、推导PN 结内建电势差V D 的公式。
000 0( )( ) exp( )( )( ) exp( )exp( )( ) ( )( )( ) ( )exp( )F CC F CpCC CppE E xn x N E EqV xn x N kTkT kTE x E qV xqV xn x n xkT热平衡下载流子浓度 0 0 0 0 0( )( ) exp( ) exp( )Tn Dn Tn p n pqV x qVn n x n n nkT kT00 00D A2 2D A0 D 020 Aexp( ) lnN N P NN NN lnNn Dn p Dpi in p Dp in qV kTn n VkT q nn n kTn n Vp q n设型一侧掺杂为，型一侧为，设全部电离：，3 、证明热平衡下的PN 结，在波尔兹曼近似下，其空间电荷区及电中性区中满足np=n i 2 . 证明：20 0 0 00 00 00 0)) (exp( )) (exp() ( ) ()) (exp( ) ()) (exp( )(i p p p pppn p nkTx qVpkTx qVnx p x nkTx qVp x pkTx qVn x n4、、若N N D D =5x10 15 cm - -3 3 ，N N A A =10 17 cm - -3 3 ，求室温下 Ge 突变 pn 结的V V D D 。
精心整理半一复习笔记By潇然2 1.1平衡PN结的定性分析1.pn结定义：在一块完整的半导体晶片（Si、Ge、GaAs等）上，用适当的掺杂工艺使其一边形成n型半导体，另一边形成p型半导体，则在两种半导体的交界面附近就形成了pn结2.缓变结：杂质浓度从p区到n区是逐渐变化的，通常称为缓变结3.4.1.21.2.1.41.(1)(2)(3)(4)2.1.51.2.1.61.2.扩散电容1.7势垒电容在考虑正偏时耗尽层近似不适用的情况下，大致认为正偏时势垒电容为零偏时的四倍，即1.8扩散电容定义：正偏PN结内由于少子存储效应而形成的电容1.9PN结的瞬态1.10PN结击穿1.雪崩击穿(1)定义：在反向偏压下，流过pn结的反向电流，主要是由p区扩散到势垒区中的电子电流和由n区扩散到势垒区中的空穴电流所组成。
当反向偏压很大时，势垒区中的电场很强，在势垒区内的电子和空穴受到强电场的漂移作角，具有很大的动能，它们与势垒区内的晶格原子发生碰撞时，能把价键上的电子碰撞出来，成为导电电子，同时产生一个空穴。
(2)击穿电压，与NB成反比，意味着掺杂越重，越容易击穿；(3)(4)(5)2.(1)(2)(3)2.1BJT2.2BJT1.①In（X1②IE=Inγ0③In（X2的复合电流之和；此处可推导αT02.发射结的发射效率γ0对于NPN型晶体管，γ0定义为注入基区的电子电流与发射极总电流之比，即有（定义）代入Ip（X1）（B区空穴注入E区扩散电流）以及In（X2）（E区电子注入B区电子电流），得下式3.基区输运系数αT0对于NPN晶体管，定义为到达集电结边界X3的电子电流In(X3)与注入基区的电子电流In(X2)之比，即有（定义）代入复合电流与E→B电子的扩散电流，再利用扩散系数与扩散长度的关系消去寿命τ2.3非均匀基区晶体管的直流电放大系数1.形成过程：以NPN晶体管为例，在B区内，人为令靠近E区的部分掺杂浓度高，靠近C区的部分掺杂浓度低→产生浓度差，多子空穴从左扩散至右→左边空穴浓度低于杂质浓度，带负电荷；右边空穴浓度高于杂质浓度，带正电荷→产生向左的电场→电场强度一直增强，直到空穴的扩散运动强度等于漂移运动强度2.目的：少子在基区中不但有扩散运动，还有漂移运动，甚至以漂移运动为主→缩短少子的基区渡越时间，3.E→已知4.0时（即5.2.41.3.Webster效应（BaseConductanceModulation/基区电导调制效应）——基区大注入定义、影响：当VBE较大、注入电子时→基区中也有大量的空穴积累(并维持与电子相同的浓度梯度),这相当于增加了基区的掺杂浓度,使基区电阻率下降~基区电导调制效应→IEp增大→注射效率γ降低，β0下降注：是引起大电流β0下降的主要原因4.Kirk效应（BasePushOut/基区展宽效应）——发射区大注入效应①定义：在大电流时，基区发生展宽的现象②过程①是小注入，③是注入的电子正好中和集电区一边的正空间电荷③影响：a.基区存储少子电荷增加b.β0下降c.频率特性变差（严重影响高频特性）④措施：提高NC、设定最大Ic等5.发射极电流集边效应——使大注入加剧①定义：发射极电流集中在发射极的边缘②原因：基极电阻引起横向电压→E极输入电流密度由边缘至中央指数下降→IE将集中在发射结边缘附近③影响：a.使发射结边缘处电流密度↑，易产生边缘Webster效应及Kirk效应，β0下降b.局部过热c.影响功率特性④措施：a.采用插指结构b.NB不能太低（降低基极电阻）6.发射区禁带变窄①原因：E区重掺→禁带宽度变窄②影响：发射结注入效率γ下降总结：2.5BJT1.α2.β3.4.2.61.iCTeiCDe，为集电结势垒区输运系数，为集电区衰减因子综上，交流小信号相比于直流，其多了E结势垒电容CTe的充放电电流、E结扩散电容CDe的充放电电流、集电结渡越时间中电流衰减、C结势垒电容CTc的充放电电流影响：使电流增益下降、使信号延迟产生相位差2.晶体管共基极高频等效电路3.共基极交流电流放大系数α及截止频率fα的定量分析①发射区注入效率γ和发射结电容充电时间τe=re*CTe，其中re=Vt/IE，CTe为正偏势垒电容，故需要乘上常数②基区输运系数αT和基区渡越时间τb③集电极势垒区输运系数αdc和集电极耗尽区渡越时间τd，其中Xmc为C区空间电荷区宽度，usl为载流子极限速度④集电区衰减因子αc和集电结电容充电时间τc，代表通过集电区串联电阻rcs对势垒电容的充放电时间常数⑤共基极电流放大系数及其截止频率2.71.2.③与3.τd）2.81.2.2.91.2.线电流密度：发射极单位周长电流容量3.提高线电流密度措施①外延层电阻率选得低一些②直流放大系数β0或fT尽量做得大些③在允许的范围内适当提高集电结偏压及降低基区方块电阻2.10BJT的击穿电压与外延参数确定1.穿通①机理：随着收集结上反偏电压的不断增加，收集结空间电荷区扩展至整个基区②穿通时的BC结电压其意为：基极开路时击穿电压比真实的雪崩击穿电压小，缩小的比例为n次开方β3.提高Vpt的方法①提高WB、NB，与提高增益矛盾②减小NC，与提高fT矛盾实际设计中令Vpt>BVCBO，即防止C结雪崩击穿前先发生穿通4.外延结构晶体管特点同时满足击穿特性与频率特性（N+衬底降低rC），较好解决矛盾2.11BJT的安全工作区1.二次击穿2.1.UBC>02.1.内部：外部：①加大IB④在UCC2.BCIB1.EM-12.EM-23.EM-3①考虑Early效应新增两个②考虑小电流下势垒复合与基区表面复合新增四个③考虑大注入效应新增两个④考虑Kirk效应（基区展宽效应）4.三种模型参数。
第二章重要术语解释：雪崩击穿：电子和空穴穿越空间电荷区时，与空间电荷去内的电子发生碰撞产生电子-空穴对，在pn结内形成一股很大的反偏电流，这个过程就称为雪崩击穿。
载流子注入：外加偏压时，pn结体内的载流子穿过空间电荷区进入p区或者n区的过程。
临界电场：发生击穿时，pn结空间电荷去的最大电流密度。
扩散电容：正偏pn结内由于少子的存储效应而形成的电容。
扩散电导：正偏pn结的低频小信号正弦电流与电压的比值。
扩散电阻：扩散电导的倒数。
正偏：p区相对于n区加正电压。
此时结两侧的电势差要低于热平衡的值。
产生电流：pn结空间电荷区内由于-空穴对热产生效应形成的反偏电流。
长二极管：电中性p区与n区的长度大于少子扩散长度的二极管。
复合电流：穿越空间电荷区时发生复合的电子与空穴所产生的正偏pn结电流。
反向饱和电流：pn结体内的理想反向电流。
短二极管：电中性p区与n区中至少有一个区的长度小于少子扩散长度的pn结二极管。
存储时间：当pn结二极管由正偏变为反偏时，空间电荷区边缘的过剩少子浓度由稳态值变成零所用的时间。
知识点：学完本章后，读者应具备如下能力：描述外加正偏电压的pn结内电荷穿过空间电荷区流动的机制。
说出空间电荷区边缘少子浓度的边界条件。
推出pn结内稳态少子浓度的表达式推出理想pn结的电流-电压关系。
描述短二极管的特点。
描述什么是扩散电阻和电容。
描述pn结内的产生和复合电流。
描述pn结的雪崩击穿机制。
描述pn结的关瞬态。
习题1.(a)正偏工作的pn结二极管，其环境温度为T=300K。
计算电流变为原来的10倍时，电压的改变。
(b)计算电流变为原来的100倍时，电压的改变2.计算使pn结理想反偏电流时反向饱和电流大小90%的反偏电流值，T=300K。
3.T=300K时，V D=0.65V时，硅pn结二极管的电流I=10mA。
空间电荷区内电子电流与总电流的比值为0.1，且最大电流密度不大于20A/cm2.设计满足上述条件的二极管。
1. PN 结：由P 型半导体和N 型半导体实现冶金学接触（原子级接触）所形成的结构。
任何两种物质（绝缘体除外）的冶金学接触都称为结（junction ）,W 时也叫做接触（contact ）«2・PN 结是几乎所有半导体器件的基本单元。
除金属一半导体接触器件外，所有结型器件都 由PN 结构成匚3. 按照杂质浓度分布，PN 结分为突变结和线性缓变结.内建电场PFN%空间电荷区4. 空间电荷区：PN 结中，电子由N 区转移至P 区，空穴由P 区转移至N 区。
电子和空穴 的转移分别在N 区和P 区留下了未被补偿的施主藹子和受主离子。
它们是荷电的、固沱不 动的，称为空间电荷。
空间电荷存在的区域称为空间电荷区。
线性缓变结杂质分布XP 区留下N 区留下N ；，形成空间电荷区。
空间电荷 区产生的电场称为内建电场，方向为由N 区指向P 区。
电场的 存在会引起漂移电流，方向为由N 区指向P 区。
扩散电流，P 区—N 区 漂移电流：P 区—N 区达到平衡时，净电流=0。
于是就形成一个稳定的有一定 宽度的空间电荷区。
5. 内建电场：P 区和N 区的空间电荷之间建立了一个电场——空间电荷区电场，也叫内建 电场。
PN 结自建电场：在空间电荷区产生缓变基区自建电场：基区掺杂是不均匀的，产生出一个加速少数载流子运动的电场，电场沿 杂质浓度增加的方向，有助于电子在大部分基区范用内输运。
大注入内建电场：在空穴扩散区（这有利于提髙BJT 的电流增益和频率.速度性能）。
6. 内建电势差：由于内建电场，空间电荷区两侧存在电势差，这个电势差叫做内建电势差7. 费米能级：平衡PN结有统一的费米能级。
空穴扩散：P 区 一 N 区 电子扩散：P 区—N 区扩散电流方向为：P 区一N 区■% 0 ------ 1 ----------•—Z 一 W — ++ ++++ +++$空间电蓟区 中性区!1 1' ;'内雄电场\ ・ 空穴扩飆 甌『扩R 漁II空穴漂移流 电子漂核ft“(gpa)g 自建电场方向i 结空司电荷区处別空穴扩融区內大主入自注电场的形呢（用1%表示九逮掺杂p 型轻掺杂p 裂 本征准费米能级：当pn 结加上外加电压V后，在扩散区和势垒区范I 羽内，电子和空穴没有统 一的费米能级，分别用准费米能级.8. PN 结能带图 热平衡能带图平衡能带图非平衡能带图正偏压：P 正N 负 反偏压：P 负N 正J -P~L轻掺杂N 型重摻杂N 型P n(a)在接触前分开的P 型和N 型硅的能带图耗尽层(E)正偏反偏9.空间电荷区、耗尽区.势垒区・中性区势垒区:N区电子进入P区需要克服势垒g% ,P区空穴进入N区也需要克服势垒g必。
pn结空间电荷区的形成过程概述：在半导体器件中，pn结是一种重要的结构，它由p型半导体和n型半导体构成。
在pn结的形成过程中，会产生空间电荷区。
本文将详细介绍pn结空间电荷区的形成过程。
引言：在半导体器件中，pn结是一种基本的结构，它具有重要的电子学特性。
而在pn结的形成过程中，空间电荷区的形成是不可避免的，它在器件的性能和功能中起着重要作用。
下面，我们将详细谈谈pn 结空间电荷区的形成过程。
正文：1. pn结的形成pn结是由p型半导体和n型半导体结合而成的。
在p型半导体中，掺杂了少量的施主杂质，形成了大量自由电子；而在n型半导体中，掺杂了少量的受主杂质，形成了大量空穴。
当p型半导体和n型半导体连接在一起时，形成了pn结。
2. 空间电荷区的形成在pn结中，由于p型半导体和n型半导体之间的杂质浓度差异，形成了电子和空穴的扩散。
当电子从n型半导体向p型半导体扩散时，空穴从p型半导体向n型半导体扩散。
在扩散过程中，电子和空穴会发生复合，形成正负离子，并在pn结的两侧形成电荷分布不均的区域，即空间电荷区。
3. 空间电荷区的特性空间电荷区中的正离子和负离子形成了电场，这个电场会阻止进一步的扩散。
当空间电荷区形成后，形成了一个电势垒，使得pn结两侧的电势差达到平衡。
在平衡状态下，电子和空穴的扩散和复合达到了动态平衡，使得空间电荷区内的电荷分布保持稳定。
4. 空间电荷区的宽度空间电荷区的宽度取决于p型半导体和n型半导体之间的杂质浓度差异。
浓度差异越大，空间电荷区的宽度越大。
而空间电荷区的宽度对器件的性能和功能有着重要的影响。
例如，在二极管中，空间电荷区的宽度决定了二极管的击穿电压。
5. 空间电荷区的应用空间电荷区在半导体器件中有着广泛的应用。
例如，在二极管中，空间电荷区的形成使得二极管具有单向导电性质；在场效应管中，空间电荷区的形成使得场效应管具有可控性能。
空间电荷区的形成过程和特性研究，对于半导体器件的设计和优化具有重要意义。
简答题答案：1.空间电荷区是怎样形成的。
画出零偏与反偏状态下pn结的能带图。
答：当p型半导体和n型半导体紧密结合时，在其交界面附近存在载流子的浓度梯度，它将引起p区空穴向n区扩散，n区电子向p区扩散。
因此在交界面附近，p区留下了不能移动的带负电的电离受主，n区留下了不能移动的带正电的电离施主，形成所谓空间电荷区。
PN结零偏时的能带图：PN结反偏时的能带图：2.为什么反偏状态下的pn结存在电容？为什么随着反偏电压的增加，势垒电容反而下降？答：①由于空间电荷区宽度是反偏电压的函数，其随反偏电压的增加而增加。
空间电荷区内的正电荷与负电荷在空间上又是别离的，当外加反偏电压时，空间电荷区内的正负电荷数会跟随其发生相应的变化，这样PN结就有了电容的充放电效应。
对于大的正向偏压，有大量载流子通过空间电荷区,耗尽层近似不再成立，势垒电容效应不凸显。
所以，只有在反偏状态下的PN结存在电容。
②由于反偏电压越大，空间电荷区的宽度越大。
势垒电容相当于极板间距为耗尽层宽度的平板电容，电容的大小又与宽度成反比。
所以随着反偏电压的增加，势垒电容反而下降。
3.什么是单边突变结？为什么pn结低掺杂一侧的空间电荷区较宽？答：①对于一个半导体，当其P区的掺杂浓度远大于N区（即N d>>Na〕时，我们称这种结为P+N；当其N区的掺杂浓度远大于N区（即Na >>岫）时，我们称这种结为N+P。
这两类特殊的结就是单边突变结。
②由于PN结空间电荷区内P区的受主离子所带负电荷量与N区的施主离子所带正电荷的量是相等的，而这两种带电离子是不能自由移动的。
所以，对于空间电荷区内的低掺杂一侧，其带电离子的浓度相对较低，为了与高掺杂一侧的带电离子的数量进行匹配，只有增加低掺杂一侧的宽度。
因此，PN结低掺杂一侧的空间电荷区较宽。
4.对于突变p+-n结，分别示意地画出其中的电场分布曲线和能带图：答：①热平衡状态时：突变p+-n结的电场分布曲线：突变p+-n 结的能带图:注：画的时候把两条虚线对齐。
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半导体重要术语解释双极扩散系数：过剩载流子的有效扩散系数。
双极迁移率：过剩载流子的有效迁移率。
双极输运：具有相同扩散系数、迁移率和寿命的过剩电子和空穴的扩散、迁移和复合过程。
双极输运方程：时间和空间变量描述过剩载流子状态函数的方程。
载流子的产生：电子从价带跃入导电，形成电子-空穴对的过程。
载流子的复合：电子落入价带中的空能态（空穴）导致电子-空穴对消灭的过程。
过剩载流子：过剩电子和空穴的总称。
过剩电子：导带中超出热平衡状态浓度的电子浓度。
过剩少子寿命：过剩少子在复合前存在的平均时间。
产生率：电子-空穴对产生的速（#/cm3-s）。
小注入：过剩载流子浓度远小于热平衡多子浓度的情况。
少子扩散长度：少子在复合前的平均扩散距离：数学表示为，其中D和τ分别为少子寿命。
准费米能级：电子和空穴的准费米能级分别将电子和空穴的非平衡浓度状态浓度与本征载流费米能级联系起来。
复合率：电子-空穴对复合的速率#/cm3-s）。
表面态：半导体表面禁带中存在的电子能态。
电导率：关于载流子漂移的材料参数；可量化为漂移电流密度和电场强度之比。
扩散：粒子从高浓度区向底浓度区运动的过程。
扩散系数：关于粒子流动与粒子浓度剃度之间的参数。
扩散电流：载流子扩散形成的电流。
漂移：在电场作用下，载流子的运动过程。
漂移电流：载流子漂移形成的电流。
漂移速度：电场中载流子的平均漂移速度。
爱因斯坦关系：扩散系数和迁移率的关系。
霍尔电压：在霍尔效应测量中，半导体上产生的横向压降。
电离杂质散射：载流子忽然电离杂质原子之间的相互作用。
迁移率：关于载流子漂移和电场强度的参数。
电阻率：电导率的倒数；计算电阻的材料参数。
饱和速度：电场强度增加时，载流子漂移速度的饱和度。
受主原子：为了形成P型材料而加入半导体的杂质原子。
载流子电荷：在半导体内运动并形成电流的电子和（或）空穴。
杂质补偿半导体：同一半导体区域内既含有施主杂质又含有受主杂质的半导体。
完全电离：所有施主杂质原子因失去电子而带正电，所有受主杂质原子因获得电子而带负电的情况。
