半导体器件物理 第二章1-3.ppt

2.2 加偏压的 P-N 结 小结 根据载流子扩散与漂移的观点分析了结的单向导电性： 正偏压使空间电荷区内建电势差由 下降到 -V打破了PN结的热平衡，使载流子的扩散运动占优势即造成少子的正向注入且电流很大。反偏压使空间电荷区内建电势差由 上升到 +V同样打破了PN结的热平衡，使载流子的漂移运动占优势这种漂移是N区少子空穴向P区和P区少子电子向N区的漂移，因此电流是反向的且很小。 在反偏压下，耗尽层宽度为 2.2 加偏压的 P-N 结 小结 根据 给出了结边缘的少数载流子浓度： 和 在注入载流子的区域，假设电中性条件完全得到满足，则少数载流子由于被中和，不带电，通过扩散运动在电中性区中输运。这称为扩散近似。于是稳态载流子输运满足扩散方程 2.3 理想P-N结的直流电流-电压特性 突变结的杂质分布 N区有均匀施主杂质，浓度为ND， P区有均匀受主杂质，浓度为NA。 势垒区的正负空间电荷区的宽度分别为xn和-xp。 同样取x=0处为交界面，如下图所示， 突变结的电荷分布 势垒区的电荷密度为 整个半导体满足电中性条件，势垒区内正负电荷总量相等 NAxp=NDxn NAxp=NDxn 表明： 势垒区内正负空间电荷区的宽度和该区的杂质浓度成反比。 杂质浓度高的一边宽度小，杂质浓度低的一边宽度大。 例如，若NA=1016cm-3，ND=1018cm-3， 则xp比xn大100倍。 所以势垒区主要向杂质浓度低的一边扩散。 突变结的电场分布 在平衡突变结势垒区中，电场强度是位置x的线性函数。 电场方向沿x负方向，从N区指向P区。 在x=0处，电场强度达到最大值 突变结的电势分布 电势分布是抛物线形式的 图2-4 单边突变结 （a）空间电荷分布 （b）电场 （c）电势图 单边突变结电荷分 布、电场分布、电 势分布 突变结的电势能（能带图） 因为V(x)表示点x处的电势，而-qV(x)则表示电子在x点的电势能，因此P-N结势垒区的能带如图所示。 可见，势垒区中能带变化趋势与电势变化趋势相反。 注入P+-N结的N侧的空穴及其所造成的电子分布 图 2 - 6 注入 N P - + 结的 N 侧的空穴 及其所造成的电子分布 ， x n n 15 0 10 = n n ( ) 3 12 10 0 - = D cm n ( ) x n q D - x n p 5 0 10 = n p ( ) 3 12 10 0 - = D cm p ( ) x p q D + 在正向偏压一定时，在xp处就有一不变的向P区内部流动的电子扩散流。 同理，在边界xn处也有一不变的向N区内部流动的空穴扩散流。 非平衡少子边扩散边与P区的空穴复合，经过扩散长度的距离后，全部被复合。这一段区域称为扩散区。 2.3 理想P-N结的直流电流-电压特性 正向偏压情况下的的P-N结 （a）少数载流子分布 （b）少数载流子电流 （c）电子电流和空穴电流 势垒区电场减弱，破坏了载流子的扩散运动和漂移运动之间的平衡，所以在加正向偏压时，产生了电子从N区向P区以及空穴从P区到N区的净扩散电流。 电子通过势垒区扩散入P区，在边界xp处形成电子的积累，成为P区的非平衡少数载流子，结果使xp处电子浓度比P区内部高，形成了从xp处向P区内部的电子扩散流。 反向偏压情况下的的P-N结 （a）少数载流子分布 （b）少数载流子电流 （c）电子电流和空穴电流 图2-9 反向偏压情况下的的P-N结 练习 1. 当P-N结外加正向偏置电压时，外加电压形成的电场方向与内建电场______（相反/一致），导致势垒区总的电场强度______（增强/减弱），这说明空间电荷数量______（增多/减少），也就意味着势垒区宽度______（增大/减小），势垒高度______（增大/减小）。此时，电场强度的变化导致载流子的漂移运动______（大于/小于）扩散运动，形成______（净扩散/净漂移），以致势垒区边界载流子浓度______（大于/小于）该区内部，从而在Ｎ区形成______（从Ｎ区势垒边界向Ｎ区内部／从Ｎ区内部向Ｎ区势垒边界）的______（电子／空穴）的______（扩散／漂移），在Ｐ区形成______（从Ｐ区势垒边界向