半导体物理_第六章综述

载流子（脉冲）的漂移和扩散取决于少数载流子的特 性参数。 分析了一些典型的双极输运现象 准费米能级、准热平衡、非平衡载流子浓度与平衡载 流子浓度以及相应的准费米能级和费米能级的关系 了解表面效应
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双极输运方程的理解和记忆的基础——连续性方程
D n 2x 2n nE x n g ' n n 0 tn
答案：
1 1 .7 8 .8 5 1 0 1 4
d 1 .9 2
5 .3 9 1 0 1 3s
在4τd时间后，即可达到电荷平衡，与过剩载流 子寿命（~0.1µs）相比，该过程非常迅速。这证 明了电中性条件。
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双极输运方程的应用
下面用双极输运方程来讨论一些具体的实例，这些例子是从具体的 半导体器件中抽象出来的，是我们随后学习pn结以及相关器件的基 础。
常见双极输运方程的简化形式 P.146
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求解如下： 对于均匀掺杂的N型半导体材料，少数载流子空穴的双极输运 方程为
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过剩载流子浓度随着时间的指数衰减过程示意图
光照停止后的载流子复合过程
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例8.2
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开始光照时，过剩载流子的产 生过程
V2
d
A
B
n
E0
xpE0t 0
p

d E 0t0
V1
δp脉冲按少子迁移率 沿着外加电场方向漂 移
t=0时刻 输入脉冲
t=t0
t
t=t1
t
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§6.4 准费米能级
在热平衡条件下，电子和空穴的浓度是费米能级位置的函数， 即：

浓度成比例。
• 外力撤除的情况下，电子浓度变化的比率为
dnt
dt Gn0 R
r ni2 nt p t
复合系数
第六章 半导体中的非平衡过剩载流子
4
热平衡态：
Gn0 Rn0 r n0 p0 r ni2
非热平衡态，电子的复合率：
R rnt p t r n0 nt p0 p t
除去热激发，可借助其它方法产生载流子，使电 子和空穴浓度偏离热平衡载流子浓度n0、p0，此时 的载流子称为非平衡载流子（n、p），偏离平衡 值的那部分载流子称为过剩载流子（δn、δp）。
n n0 n
p p0 p
产生非平衡载流子的方法：电注入（如 pn 结）、光注入（如光探测器）等。
np n0 p0
根据前面的推导，双极扩散系数D'可表示为：
D DnDp
n p
nn0 n, p p0 n
D
Dn Dp
n0 n
p0 n
Dnn Dp p
Dn n0 n Dp p0 n
其中，n0和p0分别是热平衡时电子和空穴浓度，δn是过剩载流子浓度。
以p型半导体为例（p0>>n0），假设小注入条件（δn<<p0），且
x2
p
E
p
x
E
p
x
gp
p
pt
p
t
Dn
2 n
x2
n
E
n
x
n
E x
g
n
n
nt
n
t
简化为：
Dp
2 n
x2
p
E
n
x
p
E x

半导体物理第六章复习 - 北邮第六章一、基本概念1.突变结: 杂质分布如下图所示，N型区中施主杂质浓度为ND，而且均匀分布；P型区中受主杂质浓度为NA，也是均匀分布。

在交界面处，杂质浓度由NA(p型)突变为ND(n 型)，具有这种杂质分布的PN结称为突变结。

(突变结是由合金法得到的)2.单边突变结: 实际的突变结，两边的杂质浓度相差很多，通常称这种结为单边突变结。

3.缓变结: 用下图表示用扩散法制造PN结(也称扩散结)的过程，它是在N型单晶硅片上，通过氧化、光刻、扩散等工艺制的PN结。

其杂质分布由扩散过程及杂质补偿决定。

在这种结中，杂质浓度从P区到N区是逐渐变化的，通常称为缓变结。

线性缓变结：在扩散结中，若杂质分布可用X=Xj处的切线近似表示，则称为线性缓变结。

4.结深：5.扩散结：用扩散法制造的PN结称为扩散结。

6.平衡PN结:流过PN结的净电流为零，空间电荷区电荷数恒定，空间电荷区不再扩展，保持一定宽度时的热平衡状态下的PN结称为平衡PN结。

7.PN结空间电荷区: 两块半导体结合形成PN结时，由于它们之间存在着载流子浓度梯度，导致了空穴从P区到N区、电子从N区到P区的扩散运动。

对于P区，空穴离开后，留下了不可动的带负电荷的电离受主，形成一个负电荷区。

同理，在N区形成一个正电荷区。

通常把PN结附近的这些电离施主和电离受主所带的电荷称为空间电荷。

它们所存在的区域称为空间电荷区。

（空间电荷区由于其能带图中的存在势垒的缘故被称为势垒区；空间电荷区由于内部载流子浓度比起N区和P区多数载流子的浓度都少得多，好像已经耗尽的缘被称为耗尽层。

） 8.PN结接触电势差:平衡PN结的空间电荷区两端间的电势差VD称为PN结的接触电势差，或内建电势差。

9.PN结势垒高度:平衡PN结的空间电荷区两端间的的电子电势能之差即能带的弯曲量qVD称为PN结的势垒高度。

VD?(EFn?EFp)qkT?0q?nn0ln??np0??k0T?NDNA??ln???2?qni?? ?10.PN结势垒宽度: 势垒区在X上的宽度，即空间电荷区的宽度。

ND X D ND NA
1
Q=eND
Xn
2
0e
(
NDNA ND NA
)(VD
V
2 )
♦单边突变结:
XD
2
e
0
1
(VD V NB
)
2
♦势垒区主要在轻掺杂 一边
• 对p+-n结, NB代表ND • 对p-n+结, NB代表NA
xn X D
xp XD
P+-n结
3. 突变结的势垒电容
电势
图6-8
电子势能(能带)
6.1.5p-n载流子的分布 ♦ 当电势零点取x=-xp处,则有: EC (x) EC qV (x)
EV (x) EV qV ( x)
x x p , EC ( x) EC x xn , EC (x) EC qVD
♦势垒区的载流子浓度为:
EC qV ( x ) EF
• 反向偏压下的突变结势垒电容(单位面积):
1
CT A
dQ dV
2(
0eND NA
ND NA )(VD
V
)
2
CT 0
A XD
CT
(VD
1 V )1/ 2
• 几点说明:
① p-n结的势垒电容可以等效为一个平行
板电容器,势垒宽度即两平行极板的距离
② 这里求得的势垒电容, 主要适用于反向 偏置情况
xn
NAXD ND NA
, xp
ND X D ND NA
• 代入上式
VD
q
2 0
( NAND ND NA
)
X
2 D
♦则，平衡p-n结
1
XD