半导体器件与工艺期末复习资料..doc

pn结二极管的两个基本特性①开关特性②整流特性 突变结模型近似①掺杂分布是阶跃函数。在n型和p型半导体的净掺杂浓度皆为常数。 ②杂质完全电离。即n型半导体和p型半导体的平衡电子浓度分别为：nn0=ND和pp0=NA③忽略杂质引起的带隙变窄效应。但需要考虑掺杂引起的费米能级变化，对简并态，n型半导体和p型半导体的费米能级分别处于导带底和价带顶。 pn结平衡能带图 接触后平衡态下的费米能级就是上图的EF 内建电势差在没有外接电路的情形下，扩散过程不会无限延续下去。此时会到达一种平衡，即扩散和漂移之间的动态平衡，相应产生的电势差称为接触电势差。由于是自身费米能级不同产生的，因此常称为自建势或内建势 电子和空穴的内建电势差大小区别 对于同质结，他们的大小是一样的，对于异质结不一样。 突变结电场强度与电势分布 电场分布图 大小 电势分布图 由大小求出 耗尽区及其宽度，在各自n区、p区的耗尽宽度与什么有关？ ①定义：在半导体pn结、肖特基结、异质结中，由于界面两侧半导体原有化学势的差异导致界面附近能带弯曲，从而形成能带弯曲区域电子或空穴浓度的下降，这一界面区域称为耗尽区。②宽度： ③关系： 单边突变结及其平衡时的能带图 外加正偏压、负偏压下的pn结能带图 pn结电压与外加偏压关系 外加反偏电压Vj=Vtotal=Vbi+VR;外加正偏电压Vj=Vtotal=Vbi-VR 扩散电流 势垒降低，位于中性区或准中性区的多数电子或空穴通过扩散穿过pn结皆产生从n到p或p到n的净电子、净空穴扩散流，相应地皆为从p区至n区的净扩散电流;从n区扩散到p区的电子将成为p区中的过剩少数载流子，将发生远离结区的方向扩散和复合，过剩电子浓度将逐渐减小。此时，由于中性p区无电场，因此电子主要以扩散方式流入p区，故称过剩少数载流子电流为扩散电流或注入电流。 少子注入及表达式 给pn结外加正向偏压时，少子被注入了，np=np0exp(qVa/kT) 少子抽取 给pn结外加反向偏压时，少子被抽取了，np=0 长基区原型二极管 电流主要为扩散电流，同时结两边的准中性区的长度远大于区域中少子的扩散长度(电子为Ln，空穴为Lp) 什么是pn结二极管的理想电流？理想电流－电压方程如何？理想因子？反向饱和电流或电流密度？并画出电流－电压关系简图 ①定义(假设)a耗尽层突变近似。空间电荷区的边界存在突变;耗尽区以外的半导体区域为电中性，且多子浓度基本上等于平衡时的浓度。b半导体为非简并，载流子统计分布采用麦克斯韦-波尔兹曼统计。c小注入条件。在结的任何一边，任何位置的少子浓度远远小于多子浓度。d电流分布。在中性区或准中性区，和扩散电流相比，少子的漂移电流可忽略;pn结内的电流值处处相等;pn结内的电子电流与空穴电流分别为连续函数;耗尽区内的电子电流与空穴电流为恒定值。 ②方程： ③理想因子：一般情形下，电流密度J通常近似为右图： 其中，Js为Jrec和J0的函数，n为二极管的品质因子或理想因子 ④电流密度：总反偏电流密度为理想反向饱和电流密度与反向产生电流密度之和，即 关系简图： 短基区二极管 对长基区二极管，注入的过剩载流子可以完全通过复合来衰减。在双极结型晶体管中，基区n区宽度wB(不包括耗尽区)很薄(短基区二极管)，远远小于少子如空穴的扩散长度。而在p区，仍足够长。 反偏产生电流反偏时在耗尽区，由于热激发产生的载流子被电场扫出形成反偏产生电流 正偏复合电流 正偏时，空穴注入到n区时经过耗尽区，此时由于电子注入也经过耗尽区，因此耗尽区存在两种过剩载流子将发生复合而损失，由此造成p区须将额外向n区注入空穴、 n区向p区额外注入电子的流动而形成复合电流。 试画出正偏压下pn结的准费米能级分布同“外加正偏压、负偏压下的pn结能带图” 正偏压下，最大复合速率位于pn结何处？ 由d(1/RN)/dn=0可求出最大复合率对应的位置满足右图 pn结接触处存在一复合率尖峰，即最大复合率对应的位置。 复合电流和扩散电流与电压的变化关系有什么不同？复合电流考虑下的pn结电流－电压关系如何表述？ ①J=Js(exp(qVa/nkT)-1) 对于复合电流n=2，对于扩散电流n=1，而lnJ=lnJs+(q/nkT)Va，画出lnJ-Va图，扩散电流的斜率是复合电流的两倍。②电流电压关系J=Js(exp(qVa/nkT)-1) 串联电阻效应 串联电阻包含两部分①通过中性区的电压降IR②接触阻抗 大注入效应 大注入时，注入的少子浓度和多子浓