第四章PN结

的电子电流一定；半导体流向金
－
属的电子电流因电位增加而降低，
故有半导体→金属反向电流（恒
定）。
金属半导体接触I-U特性类似于pn结的伏安特性
I
正向特性
VD
反向特性
肖特基二极管
利用金属—半导体整流接触特性制成的二极管称 为肖特基二极管。
肖特基二极管与pn二极管的比较
相同：单向导电性 不同：
1 反向电流产生机制不同： ➢肖特基二极管为多数载流子工作 ➢pn接面二极管为少数载流子工作 ➢结果：肖特基二极管的饱和电流要 大得多，起始电流也较大。
P
△U变化时，P区 积累的非平衡少 子浓度分布图
3 1
2
电子浓度
1 ΔU=0
2 ΔU<0
x 3 ΔU>0
U ΔU
N
+ +
+ +
....................................
. ..
.
.
P
PN结正向偏置电压越高，积累的非平衡少子越多。
这种电容效应用扩散电容CD表征。
CD Q U
PN结正偏时，由N区扩 散到P区的电子（非平衡少 子），堆积在 P 区内紧靠 PN结的附近，到远离交界 面处，形成一定的浓度梯 度分布曲线。电压增大， 正向（扩散）电流增大。
扩散电容示意图
U ΔU
N
+ +
+ +
....................................
. . .
..
C1 L
Байду номын сангаасDC
R
+ UD –

qDh pn 0 qV / kT e 1 e x / Lh qGLh e x / Lh Lh qDe p p 0 qV / kT J e x e 1 e x / Le qGLe e x / Le Le 耗尽区电流密度变化为： | J e || J h | qGW Jh x
I I0 eqV/kT 1


理想二极管定律
在理想的二极管中，电流与电压的关系为：
32
I I0 eqV/kT 1


I为通过二极管的净电流，I0为反向暗饱和电流（在没有光照情 况下输出的电流），V是施加在二极管两端的电压，q和k分别 代表电荷的绝对值和玻耳兹曼常数，T则表示绝对温度（单位 为K）。
4.7 光照特性
太阳能电池的结构与工作原理
两个条件： 1. 被吸收的光可将材料中的电子激发到高能级； 2. 处于高能级的电子能从电池中移动到外部电路，在外 部电路的电子消耗了能量后回到电池中。
35
光照下的pn结
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主要过程： 1. 吸收入射光电子并产生电子-空穴对； 2.在内电场作用下，电子向N型区漂移，空穴向P型区漂移。 这种漂移电流就是光生电流，是由少子运动决定的。 电流方向：N型区流向P型区，与扩散电流方向相反。
pn结内的电荷密度
pn结内空间电荷密度分布：
电荷密度
14
x qND 0 x xn
x qNA x p x 0
耗尽区
电中性条件： N A x p N D xn 耗尽区宽度： W x p xn
pn结内的电场分布
将空间电荷密度积分得到 电场分布：
少数载流子注入：由pn结两边的偏压来控制少数载流子浓度。 耗尽区边缘少数载流子浓度随外加电压增加而呈指数增加。

第4章 pn 结1、对N A =1×1017cm -3，N D =1×1015cm -3的突变pn 结，通过计算比较其制造材料分别为Si 和GaAs 时室温下的自建电势差。

解：pn 结的自建电势)(ln 2iA D D n N N q kT V =已知室温下，0.026kT =eV ，Si 的本征载流子密度310100.1-⨯=cm n i ，代入后算得：eV V D 718.0))100.1(101101ln(026.02101517=⨯⨯⨯⨯⨯=GaAs 的本征载流子密度36101.2-⨯=cm n i ，代入后算得：eVV D 537.1)101.2101101ln(026.061517=⨯⨯⨯⨯⨯=2、接上题，分别对Si 结和GaAs 结求其势垒区中1/2势垒高度处的电子密度和空穴密度。

解：根据式(4-14)，该pn 结势垒区中qV D -qV (x )=1/2qV D 处的热平衡电子密度为])(ex p[])(ex p[)(00kT qV x qV N kT qV x qV n x n DD D n -=-=对于Si ： 代入数据计算得3901001.1-⨯=cm n 对于GaAs ：代入数据计算得3201046.1-⨯=cm n根据式（4-17），该处的空穴密度为])(exp[])(exp[)(200kT x qV qV N n kT x qV qV p x p D D i D n -=-=对于Si ： 代入数据计算得31001092.9-⨯=cm p 对于GaAs ：代入数据计算得31001004.4-⨯=cm p3、设硅pn 结处于室温零偏置时其n 区的E C - E F =0.21eV ，p 区的E F -E V =0.18eV 。

(a)画出该pn 结的能带图；(b)求p 区与n 区的掺杂浓度N A 和N D ；(c)确定接触电势差V D 。

解：（b ）假定室温下p 区和n 区的杂质都已完全电离，则平衡态费米能级相对于各自本征费米能级的位置可下式分别求得：)ex p(kT E E N N F C C D --=;)ex p(kT E E N N VF V A --=室温下319319101.1,108.2--⨯=⨯=cm N cm N V C代入数据可得：31519107.8)026.021.0ex p(108.2-⨯=-⨯=cm N D代入数据可得：31619101.1)026.018.0ex p(101.1-⨯=-⨯=cm N A(c) 接触电势差可表示为2ln i A D D n N N q kT V =代入数据得：eV V D 72.0)100.1(101.1107.8ln 106.1026.0210161519=⨯⨯⨯⨯⨯=-4、一硅突变pn 结的n 区 n =10 cm ， p =5 s ；p 区 p =0.1 cm ， n =1 s ，计算室温任意正向偏压下:：(a)空穴电流与电子电流之比；(b)反向饱和电流密度；(c)0.5V 正向电压下的电流密度。

第四章常用半导体4.1 半导体的基本知识选择题：1.PN结的基本特性是：（ B ）A.半导性B.单向导电性C.电流放大性D.绝缘性正确答案是B，本题涉及的知识点是：PN结的基本特性。

2. 半导体中少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为：（ B ）A.扩散运动B.漂移运动C.有序运动D.同步运动正确答案是B，本题涉及的知识点是：PN结的形成相关知识。

3. 在PN结中由于浓度的差异，空穴和电子都要从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这就是：（ A ）A.扩散运动B.漂移运动C.有序运动D.同步运动正确答案是A，本题涉及的知识点是：PN结的形成相关知识。

6. N型半导体和P型半导体是利用了本征半导体的如下哪个特性（C）A．热敏性 B. 光敏性 C. 掺杂性正确答案是C，本题涉及的知识点是：本征半导体特性知识。

7. N型半导体是在本征半导体掺入（A ）A．5价元素 B. 3价元素 C. 导电杂质正确答案是A，本题涉及的知识点是：N型半导体的掺杂知识。

8. P型半导体是在本征半导体掺入（B ）A．5价元素 B. 3价元素 C. 导电杂质正确答案是B，本题涉及的知识点是：P型半导体的掺杂知识。

9. N型半导体中多数载流子是（A ）A．自由电子 B. 空穴 C. 自由电子和空穴 D.电子正确答案是A，本题涉及的知识点是：N型半导体的多数载流子知识。

10. P型半导体中多数载流子是（B ）A．自由电子 B. 空穴 C. 自由电子和空穴 D.电子正确答案是B，本题涉及的知识点是：P型半导体的多数载流子知识。

4.2 半导体二极管选择题：4.如图所示电路，输入端A的电位U A＝+3V，B点的电位U B＝0V，电阻R接电源电压为-15V，若不计二极管的导通压降，输出端F的电位U F为：（ A ）A ．3V B. 0V C. 1.5V D . -16V正确答案是A ，本题涉及的知识点是：二极管优先导通问题。

5.如图所示电路，输入端A 的电位U A ＝+3V ，B 点的电位U B ＝0V ，电阻R 接电源电压为-15V ，若二极管的导通压降为0.7V ，输出端F 的电位U F 为： （ C）A ．3V B. 0V C. 2.3V D . -16V正确答案是C ，本题涉及的知识点是：二极管优先导通问题。