半导体p—n结,异质结和异质结构03.pptVIP

半导体光电探测器的若干结构类型 半导体，本征半导体，非本征半导体 半导体: 最外层价电子填满了价带，导带没有电子，有一定带隙宽度。在一定条件下使价带中的电子获得能量跃迁到导带中，在价带中形成空穴，在导带中出现电子时，半导体导电。 本征半导体:不掺杂的半导体。此时的费米能级在带隙的中间。价带中的电子靠热激发或光激发直接跃迁到导带，使空穴和电子的浓度相等。随着温度的升高本征半导体的导电性能变大。 非本征半导体:是掺杂的半导体。由于在价带和导带分别加入的空穴和自由的电子，使半导体的导电性能发生改变。 如：五价的杂质原子（P,As）掺入四价Si后必有一个电子成为自由电子运动在导带中，形成电子导电类型的n型半导体。由于有较高能量的自由电子的进入导致原来在带隙中的费米能级逐渐向上移。如果在半导体中加入 三价的杂质原子（B），与硅的结合将有一个键悬空，形成空穴，此空穴可以在价带中自由移动，形成了空穴导电类型的p型半导体，由于有空穴的进入导致原来在带隙中的费米能级逐渐向下移。 本征半导体载流子浓度ni, p i 本征半导体: ni = pi = n =p = 4.9 E15 (me mh/mo）^3/4 T^3/2 exp(-Eg/2KT) = A T^3/2 e^(-Eg/2KT) 是温度T,禁带宽度Eg的函数,温度越高, ni越大, Eg越宽, ni越小 T为3OOK时, Si: ni = p i=1.4 E10/cm*-3 ni pi = 1.96 E20/cm^-3 杂质半导体ni,电子浓度n,空穴浓度p 之间的关系 n = ni e^(Ef-Ei)/kT, P = ni e^(Ei-Ef)/kT, ni^2 = n p Ei本征费米能级 Ef杂质费米能, 在n型半导体中,n＞p,因此, Ef＞Ei 在p型半导体中, p＞n,因此, Ei＞Ef n型p型半导体的能带结构 Eo Ec Ev Ei , Efi Eg E fn E fp Es Xs Wn Wp p-n结形成的内部机理 施主和受主,电子和空穴(载流子,移动电荷),空间电荷(固定离子) 多数载流子和少数载流子,(载流子的扩散运动,空间电荷区的形成,内建电场的建立), 内建电场阻止多数载流子的进一步扩散,增强了少数载流子在反方向的漂移运动,最后达到动态平衡(热平衡,电中性),随温度变化时,平衡被破坏) 几个重要参数和概念 接触电位差: 由于空间电荷区存在电场,方向由N到P,因此N区电位比P区高,用V表示,称作接触电位差,它与半导体的类型(禁带宽度),杂质掺杂浓度,环境温度等密切相关,一般为0.几V到 1.几V 势垒高度: 在空间电荷区内电子势能为-qV,因此电子从N区到P区必须越过这个势能高度,该高度称作势垒高度 PN结的伏安(I-V)特性： I为流过PN结的电流；Is为PN结的反向饱和电流，与温度和材料有关的参数，V为外加电压； Vt=kT/q,为温度的电压当量（Vt=26mV.），当外加正向电压V为正值且比Vt大几倍时, 正向电流随正向电压的增加按指数规律增大,PN结为正向导通状态.外加反向电压即v为负值，且|v|比Vt大几倍时，PN结只流过很小的反向饱和电流，且数值上基本不随外加电压而变，PN结呈反向截止状态。由PN结的I/V特性曲线得到：PN结具有单向导电性和非线性伏安特性. ? PN结的正向导电性 在PN结上外加一电压 ，如果P型一边接正极 ，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，甚至消失，多数载流子在电场的作用下可以顺利通过。如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导电性。 PN结加反向电压时,空间电荷区变宽, 电场增强, 阻止了多数载流子的扩散,而P区和N区的少数载流子电子和空穴沿反向电场运动,产生反向漏电流,由于少子是本征激发,它决定于温度而不决定于反向电压,当反向电压增大到一定程度足以把少子全部吸引过来时,电流达到恒定,称作反向饱和漏电流, 当反向电压再增大电流突然增大时,称作PN结击穿。如果外电路不能限制电流，则电流会大到将PN结烧毁. PN结加反向电压时,空间电荷区中的正负电荷构成一个电容性的器件。它的电容量随外加电压改变,反向时电容减小正向时电容增大. PN结的反向电压特性及电容特性 半导体同质p-n结,异质