2.2PN结的形成及特性讲解.ppt

2.2.1 PN结的形成 PN结的形成条件 （2）电形成法 PN结的形成过程 （1）两边的浓度差引起载流子的扩散运动 （2）复合形成内电场：阻挡扩散，促使漂移 （3）扩散和漂移动态平衡：PN结（空间电荷区、耗尽层、势垒区、阻挡层） 击穿的物理本质 （1）雪崩击穿：碰撞电离 （2）齐纳击穿：场致激发 （3）热击穿： PN结过热 2.2.4 PN结的电容效应 思考与习题 * 2.2.1 PN结的形成－》 2.2.2 PN结的单向导电性－》 2.2.3 PN结的反向击穿－》 2.2.4 PN结的电容效应－》 2.2 PN结的形成及特性 两种导电类型的半导体共居于同一块半导体单晶中，在交界面上形成PN结 工艺简介： （1）合金法 2.2.1 PN结的形成 （3）平面扩散法 2.2.1 PN结的形成 因浓度差? 空间电荷区形成内电场 ? 内电场促使少子漂移 ? 内电场阻止多子扩散 多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。平衡 PN 结中扩散电流和漂移电流大小相等而方向相反，所以外观 PN 结中没有电流。 多子的扩散运动 ? 由杂质离子形成空间电荷区 ? 2.2.1 PN结的形成 小 结 考虑外加电压于PN结上，根据外加电压的极性有两种情况 PN结加正向偏置电压（正偏）： PN结加正向电压时的导电情况 2.2.2 PN结的单向导电性 外加电压使内电场减小以致 阻挡层变窄 多子形成的扩散电流增加 漂移电流减小 从电源正极有流入P 区的正向电流 P 区接电源正极，或使 P 区的电位高于N 区 2 PN结加反向偏置电压（反偏）： 2.2.2 PN结的单向导电性 PN结加反向电压时的导电情况 由于在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。 N 区接电源正极，或使得 N 区的电位高于 P 区 外加电压使内电场增加以致 阻挡层加宽 扩散电流进一步减小趋于零 少子形成的漂移电流居支配地位 从电源正极有流入N 区的很小的反向电流 其中 PN结的伏安特性 IS ——反向饱和电流 VT ——温度的电压当量 常温下（T=300°K） 3 PN结V- I 特性（伏安特性）表达式 vD——PN结外加电压 2.2.2 PN结的单向导电性 PN结正偏时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻； PN结导通 PN结反偏时，仅有很小的反向漂移电流，呈现高电阻。 PN结截止 ∴ PN结具有单向导电性。 4 结论 2.2.2 PN结的单向导电性 当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。 2.2.3 PN结的反向击穿 PN结的反向击穿现象 雪崩击穿 齐纳击穿 电击穿——可逆 2.2.3 PN结的反向击穿 强电场将阻挡层内中性原子的价电子直接变为自由电子 功率损耗? PN结温升高?本征激发加剧?反向电流更大?连锁反应 反向电压增加 ?少子漂移加快 ?动能增加 ?碰撞电离?连锁反应 势垒电容示意图 电容是电荷在两个极板间的积累效应。 外加电压变化? 势垒层宽度变化? 积累在势垒层的电荷变化 1、势垒电容CB ：PN 结内载流子的复合相当于电荷的积累，所以PN结呈现电容效应 正偏和反偏时都有CB。正向电压越大， CB越大。 扩散电容示意图 2、扩散电容CD：载流子向对方区域的扩散，必须有浓度差，即P(N)区有电荷的积累。 外加电压变化? P(N)区浓度差变化 正偏时才存在CD。正向电流越大， CD越大 2.2.4 PN结的电容效应 Cj=CB+CD PN结：空间电荷区、耗尽层、势垒区、阻挡层 PN结的形成 PN结的单向导电性－伏安特性及其表达式 PN结的其它性质－反向击穿、电容效应 本节中的有关概念 思考题： 1 硅和锗两种典型的半导体材料，其导电性能有何不同，物理原因何在？ 2 P.38-2.2.2 、 2.2.4 习 题：P.60-2.1.1 *