半导体物理_.ppt

实际的I－V曲线 实际的I－V曲线 正向偏置时，有 小注入下：m=2,jr占主导（势垒区复合电流） 中注入下：m=1，jFD占主导（扩散电流） 注入较大：m=1－2 大注入：m＝2　jp占主导 §6.4　PN结电容 PN结电容来源 势垒电容 扩散电容 只考虑突变结 PN结电容来源 PN结电容主要包括势垒电容及扩散电容两部分 势垒电容：外加正向偏压变化，势垒区宽度变化，引起空间电荷的数量变化。 扩散电容：正向偏压时，在nn’边界及pp’边界的扩散长度内积累了非平衡电子及空穴。扩散区内的电荷数随外加电压变化产生的电容即扩散电容。 C＝dQ/dV 势垒电容 外向偏压增加时，空间电荷区宽度变小，空间电荷数变小，n,p区电荷“存入”势垒区。 外向偏压减小时，空间电荷区宽度变大，空间电荷区宽度，空间电荷数变大， n,p区电荷“取出”势垒区 用CT表示 突变结势垒电容 突变结中N区有均匀的施主杂质浓度，P区有均匀的受主杂质浓度 势垒区中正负电荷总量相等。有， 突变结势垒电容 由上式有耗尽区宽度 高斯方程及泊松方程 突变结势垒电容 势垒区中泊松方程有 电场表示为 突变结势垒电容 电势表示 接触电势差VD和XD为 突变结势垒电容 对P＋N结，NA＞＞ND，xnxp,故XD＝xn,有， 对N＋P结，因ND＞＞NA，xpxn,故XD=Xp 突变结势垒电容 单边结特性 接触电势差VD随着低掺杂一边的杂质浓度的增加而升高 势垒宽度随轻掺杂一边的杂质浓度增大而下降，势垒区几乎全部在轻掺杂的一边，因而能带弯曲主要发生于这一区域 扩散电容 用CD表示 正向偏压时，有空穴从P区注入N区，于是在势垒区与N区边界一侧一个扩散长度内，便形成了非平衡空穴和电子的积累，同样在P区也有非平衡电子和空穴的积累。 扩散电容 正向电压增加时，由P区注入到N区的空穴增加，注入的空穴一部分扩散走了，一部分增加了N区的空穴积累，增加了浓度梯度。 即电压增加时，扩散区中积累的载流子增加了，就形成了电容的效应。 扩散电容 注入到N区，P区的非平衡少子分布， 所得电荷数 扩散电容 所得微分电容为 总的微分扩散电容为 电容比较 两种电容比较： 大的正偏电压，扩散电容随电压指数变化，因而起主要作用。 扩散电容公式在频率较低时适用　 势垒电容和电压VD-V的平方根成反比，反向偏压越大，则势垒电容越小，且随时间变化，所以可利用这一特性制作变容器件。 §6.5　PN结击穿 PN结的反向偏压增大到一定数值时，反向电流密度突然开始迅速增大的现象，称PN结击穿。 根据击穿机理的不同，常分为两种： 雪崩击穿 隧道击穿（齐纳击穿） 雪崩击穿 过程： 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由于受强电场的漂移作用，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，同时产生空穴。 碰撞出来的电子又被加速，又在同其它价健上的电子碰撞，继续下去，就使载流子数量大大增加。 这种繁殖载流子的方式称为载流子的倍增效应。 由于倍增效应，使载流子数量增加，加大了反向电流，从而发生PN结击穿，称雪崩击穿。 雪崩击穿示意图 雪崩击穿 条件： 有外界电场 有足够的势垒宽度，即加速空间 隧道击穿 定义：在强电场下，由于隧道效应，使大量电子从价带穿过禁带而进入导带所引起的一种击穿现象。 也称齐纳击穿 隧道击穿 过程： 当PN结加反向偏压时，势垒区能带发生倾斜; 反向偏压越大，势垒越高，势垒区的内建电场也越强，势垒区能带也越倾斜。甚至可以达到使N区的导带底比P区的价带顶还低，两者之间的横向距离非常短; 由于电场给电子的能量，只要大于这一横向距离，就发生隧道击穿。 隧道击穿 热电击穿 当PN结上施加反向电压时，流过PN结的反向电流要引起热损耗。反向电压逐渐增大时，对应于一定的反向电流所损耗的功率也增大，这将产生大量热能，会引起结温上升。 由于反向饱和电流密度随温度上升而增加，又产生了更大的热能。反复循环，使电流无限增大就发生了击穿。 这种由于热不稳定而引起的击穿，称为热电击穿 理想PN结模型及其电流电压方程式 PN结电流密度的计算步骤 根据准费米能级计算势垒区边界处注入的非平衡少子浓度 以非平衡少子浓度作边界条件，解扩散区中载流子连续性方程，得到扩散区中非平衡少子分布 所求结果代入扩散方程，求出少子的电流密度 将两种载流子的扩散电流密度相加，得到理想PN结模型的电流电压方程 PN结中载流子移动 边界处非平衡少子的载流子浓度 边界处非平衡少子的载流子浓度 边界处 则注入势垒区边界－xp,xn处的非平衡少子是外加电压的函数，有 扩散区中少子分布 稳态时的扩散方程 小注入时的少子扩散电流 稳态时的扩散方程 空穴扩散