半导体物理第六章 pn结ppt课件

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半导体物理基础(6)PN结

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VD减小为（VD-Vf），相应地势垒区变薄。
XD
VD
(
q
2 r
0
)(
NA ND NAND
)
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
np0
nn0
Space charge region
Diffusion region
1. Alloyed Junctions (合金结)
合金温度
降温再结晶
2. Diffused Junctions (扩散结)
Conceptual example of the use of photolithography to form a pn junction diode.
3. Ion Implantation (离子注入)
p x pn0e k0T
I-V characteristic of a p-n junction
现假设:
1. 势垒区的自由载流子全部耗尽,并忽略势垒区中载流子的产生和复合。
2. 小注入: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忽略。
(1) 正向偏置（ Forward bias）
刚接触，扩散》漂移
内建电场
漂移扩散=漂移
（达到动态平衡）
漂移运动
P型半导体
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
内电场E N型半导体 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++

第6章pn结ppt课件-PPT精选文档

的，电区带
E(x) dx = Em W / 2
-xP -xP 0 xn x
第6章 pn结
• •
热平衡态下的p-n结
p-n结空间电荷层、势垒层、内建电场
非平衡态下的p-n结
p-n结的直流伏安特性(整流)
•
pn结电容
势垒电容扩散电容
p型、n型半导体
•
•
掺杂
掺入(doping)V族元素，P或 As(施主，Donor)形成 n型 (negative)半导体

Si
Si
Si
•
Si
两边的载流子分别往对方扩散 → 电离杂质中心形成空间电荷 → 产生电场内建电场： n区指向p区，从正电荷指向负电荷的电场，引起载流子的漂移运动
p
n

漂移
扩散导带电子的运动

电场阻挡载流子的扩散空间电荷层又称为势垒层
空间电荷区
单独的N型和P型半导体是电中性的,当这两种半导体结合形成PN结时，将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:
称为约化浓度。
4、pn结接触电势差

最大电场Em在结界面处 p-n结的内建电势VD也就是p型半导体和n型半导体之间的接触电势差。
VD = -
p
－－
＋＋
n
电场 E
∫
xn
由于从 n 区指向 p 区内建电场的不断增强空间电荷区内电子 Em 势能 - q V ( x ) 由 n 区向 p 不断升高，导致能上下移动
s
s
由上式可求出 N 区与 P 区的耗尽区宽度及总的耗尽区宽度，

第六章 pn结 ppt课件

电势能增大，即引起能带的整体上下移动。
载流子扩散的结果是使杂质电离，形成内建电场，其大小就是载流子电势能的改变量。
电离中心内建电场
n eeee 扩散
++++ ----
扩散 h
h h
p
h
浓度梯度形成的电场
第六章
pn 结
—— pn结能带图
流过pn结的总电流密度为漂移电流和扩散电流密度之和：
费米能级的改变=电势能的改变
p
EFp
n
EFn
Ecp
E
电子扩散区
p
e
Lp
q(VD+V)
EFp Evp
Ecn
h
EFn
Ln
n
空穴扩散区
Evn
第六章
理想pn结模型
pn 结
—— pn结电压特性
小注入：注入的少数载流子浓度比平衡多子浓度小得多；
突变耗尽层：外加电压直接降落在耗尽层上，耗尽层中的电荷是由电离中心的电荷组成，耗尽层外的半导体呈电中性；
不考虑耗尽层中载流子的产生与复合作用，即通过耗尽层的电子和空穴的电流是常数；
满足玻尔兹曼分布。
第六章
pn 结
理想pn结的电流电压方程计算的基本步骤：计算势垒边界的非平衡载流子浓度；
—— pn结电压特性
由扩散连续性方程得到扩散区中非平衡载流子的分布；
由扩散方程算出少子的电流密度；
得到电流电压方程。
外加正向电压下，pn结势垒的变化及载流子的运动
pn结加正向电压V，由于势垒两侧的载流子浓度很大，电阻很小，正向偏压几乎都降落在结区，削弱内建电场(qVD-qV)；
内建电场(qVD-qV)减弱，打破了载流子扩散与漂移的平衡态，使扩散流起主导，存在净扩散电流。