第六章 半导体的表面、界面及接触现象.ppt

* * * （三）、p-n结的I-V特性 1．正偏p-n结的能带(P+,N-) P N Ε内 + － qVD q(VD－V) 正向偏压时pn结势垒的变化 ?外加正偏压基 本落在势垒区 ?势垒区宽度? 2．正偏时载流子的运动和电流成分 Jn Jp x J xn’ xn xp xp’ 通过pn结的总 J： J = Jp扩（n 区边界）+ Jn扩（ p 区边界） 3．正偏下的电流密度 其中： pn结的正向电 流电压关系式 例如，室温：KT=0.026eV 当V=0.26V ： V J Js pn结的 J－V 曲线 4．反偏时的p-n结(P－,N＋) qVD q(VD － V) 反向偏压时pn结势垒的变化 P N Ε内 － ＋ V0 势垒区? 漂移扩散 ?势垒区变宽 ?漂移流大于扩散流 ?由漂移作用形成的反向电流很小 （p区电子和n区空穴少） 通过pn结的总反向 J： J=Jp扩（n区边界少子）+ Jn扩（ p区边界少子） |V|? J?-Js Js为反向饱和电流 V0 反向偏压电流饱和 “－”表示 J 与正向时相反 反向电流密度饱和，与外加电压无关 V J Js pn结的 J－V 曲线 pn结具有单向导电或整流效应 6. 理想pn结模型 小注入条件 －注入的少子浓度比平衡多子浓度小得多 突变耗尽层条件 －注入的少子在p区和n区是纯扩散运动 ?通过耗尽层的电子和空穴电流为常量 －不考虑耗尽层中载流子的产生和复合作用 ?玻耳兹曼边界条件 －在耗尽层两端，载流子分布满足玻氏分布 四、pn结电容 低频，pn结有整流作用；高频，无整流作用 pn结电容破坏整流特性 pn结电容包括：势垒电容和扩散电容 1. 势垒电容 平衡pn结势垒区 正偏时势垒区变窄 正偏 V ?, 空间电荷?，部分电子和空穴存入势垒区 正偏 V ?, 空间电荷?，部分电子和空穴从势垒区中取出 反偏 V ?, 空间电荷?，部分电子和空穴从势垒区中取出 反偏 V ?, 空间电荷?，部分电子和空穴存入势垒区 势垒区的空间电荷数量随外加V而变化， 和一个电容器的充放电作用相似，这种pn结 的电容效应称为势垒电容。 势垒电容是可变电容，可引入微分电容的 概念来描述 C 随 V 变 突变结的势垒电容（反向偏压） VD 是突变结接触电势差 A 是 pn 结面积 XD 势垒宽度 突变结的势垒电容（正向偏压） ?反偏时突变结势垒电容等效为平行板电 容器的电容 线性缓变结的势垒电容（反向偏压） ?j 杂质浓度梯度 ?反偏时线性缓变结势垒电容等效为平行板电 容器的电容 突变结和线性缓变结的 CT 与 V 有关 制成变容器件 测量结附近的杂质浓度和杂质浓度梯度 2. 扩散电容 P 电子扩散区 结区 空穴扩散区 N xp’ xp xn xn’ + _ 正偏 V ?, 势垒宽度? 扩散区内, 注入进来的空穴和电子数目增加 正偏 V ?, 势垒宽度? 扩散区内, 注入进来的空穴和电子数目减少 低频、正向偏压时，总的微分扩散电容 正偏时，由于少子的注入，在扩散区内, 都有 一定的数量的少子的积累，且其浓度随正向 偏压的变化而变化，形成了扩散电容 对p+n结 ?只适用于低频情况 ?大正向偏压时，扩散电容起主要作用 VBR 五、p-n结击穿特性 反向电压使结区电场达105V/cm，反向饱和电流不再恒定，而是突然增加，这种现象称为p-n结的击穿，对应的电压称为击穿电压，用VBR表示。 V J Js 击穿时，载流子数目增加，电流增大 击穿机理 雪崩击穿 隧道击穿 热电击穿 1．雪崩击穿 雪崩击穿一般发生在缓变结中，而且掺杂浓度比较低。 2．隧道击穿 ? Ecn Ecp Evp 2 1 2 2 1 2 p n + （齐纳击穿） 载流子的倍增 大反向偏压下pn结的带图 Eg 反向V?, 势垒?， 能带越倾斜 Eg小、突变结、掺杂高的缓变结是导致隧道击穿的因素。 3．热电击穿 热击穿容易发生的条件是Eg小，散热不好的器件。 T ?, Js 按指数规律迅速上升