半导体器材第二章.ppt

产生复合与大注入影响 对于v3kT/q 复合电流 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 2.5.3 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 225 175 125 75 25 VF/V VR/V 225 175 125 75 25 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 2.6 电荷储存与暂态效应 少数载流子的储存 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G P-N结小信号等效电路 V I I Cd Cj G 暂态响应 + - VF I 基本开关电路 - + VR IF IR toff 0.1IR 由正向偏压到反向暂态响应 2.7 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 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 隧道穿透几率P： 隧道长度: 隧道击穿: VB4Eg/q 雪崩击穿： VB6Eg/q 2.8 异质结 不同材料组成的结 EC EC1 EF1 EV qx1 q qx1 q Eg2 EC2 EF2 EV2 EV1 真空能级 两个分离半导体能带图 异质结 vbi V b2 Vb1 qx2 q EC qx2 q EC1 EF1 EC2 EF2 EV2 Eg2 Vb2 EV EV1 Eg1 Vb1 X1 X2 热平衡时，理想p-n异质结能带图 第二章 PN结 2.1 基本工艺步骤 2.2 热平衡状态 2.3 耗尽层 2.4 耗尽层势垒电容 2.5 电流-电压特性 2.6 电荷储存与暂态响应 2.7 结击穿 2.8 异质结 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 2.1 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 2.2 热平衡状态 p-n结：整流性 VB I/mA v/V 反向击穿 正向导通 能带图 p n EC EC EF EF EV EV 形成结前均匀掺杂p和n半导体 p n + + + - - - E EC EC 漂移 扩散 EF EF EV EV 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 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： p n ++ ++ -- -- 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 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 2.3 耗尽区 2.3.1 突变结电场电势分布 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 总耗尽层宽度为： N区有： P区： 电场随x线性变化，在x=0时达最大值： 电势分布 P-N和P+N结 耗尽层宽度 单边突变结相关公式 在P+N结中，NAND,xpxn 在n+p结，NDNA,XnXp 2.3.2 线性缓变结 线性缓变结相关公式 热平衡时，Possion方程 电场为 在x=0处，最大电场为 内建电势 耗尽区宽度 2.4 耗尽层势垒电容 单位面积耗尽层势垒电容定义 （其中dQ是外加偏压变化dv时， 单位面积耗尽层的增量） 冶金结 p p n V+dv w x dQ 0 dv dE=dQ/ a 图 B图 C图 反向偏压下任意杂质p-n结 空间电荷随外加偏压的影响 相对应的电场分布变化 两种结势垒电容公式 单边突变结 线性缓变结 变容器 许多电路应用p-n结在反向偏压电压变化特性，达此目的的p-n结称为变容器 反向偏压势垒电容 其中对线性缓变结n=1/3，突变结n=1/2 ，超突变结 n1/2 电压灵