中北大学微电子专业英语3.ppt

微电子技术专业英语;3.2.1 Energy Band Diagrams of Prototype Junctions（理想型结的能带图）; In separate n or p type semiconductor, electrically neutral is exist in every macroscopic region. By electrically neutral（电中性）,there is no region having more positive charges than negative, but this situation will change when the materials are in contact.Fig.3.2 shows the energy band diagram of each of the two isolated semiconductors. ; 不同材料的边缘是以真空能级作为参考的。在硅材料的两边，χn=χp，Egn=Egp，以及γn=γp。这就意味着在导带底，两种材料能量相同。同样的， Egn=Egp，EVn=EVp. 电子的吸引力和电离势不变，材料边缘的Ec和Ev是次要参考条件。然而，因为两种材料的掺杂不同，费米能级的位置是不同的，因而Φn≠Φp。; 电子亲和力χ，电离势γ，能量差Eg表示各种材料的特性。下标n表示n型半导体，下标p表示p型半导体。另外还显示了一个参数，也就是功函数Φ。功函数等于真空能级和费米能级的能量差。 Φ=Evac-Ef.;在两种材料的接触点，由于n区的近似自由电子多于p区，所以，电子由n型半导体向p型半导体扩散。当电子扩散到p区，它们将离子化施主（带正电）留在晶格中。同时，空穴从p型半导体向n型半导体扩散，留下带负电的受主。这种独立的电荷建立起电场，如图3.3所示。;在平衡状态下，整个样品中费米能级是连续的（pn结中有统一的费米能级）。热平衡条件下，Ef处处相同，甚至是在层不同的复合结构材料中。在n型和p型的过渡区，电子电流和空穴电流方程如下： ;热平衡状态下的能带图 由于没有净电流通过pn结，所以Jn=Jp=0，而且费米能级相等。内建电场ξ被称作过渡区。在空间电荷区，电场产生电子的漂移电流，该漂移电流用于补偿由于浓度梯度引起的扩散电流。同理，对于空穴的漂移电流和扩散电流，情况完全类似。结中的内建电场改变了能带。因为我们参考的是真空能级，所以这一观点维持不变。;所以，在pn结中，有以下情况：（1）在n型和p型的交界处，n型半导体上的电子填补p区一侧的空穴导致p区一侧出现负电荷区域（未中和的受主）。同理，电子消灭扩散到n区的空穴，在n区形成带正电荷的区域（未中和的施主）。这样，在n型区和p型区的交界面处的两侧形成了带正、负电荷的区域。通过未中和，没有相应的自由电子或自由空穴在同一个区域中和离子带的电荷。;（2）Evac，Ec和Ev在任何时刻都是平行的，因为Χ, γ和Eg都是常量。（3）在整个装置中，电子亲和力是不变的。然而，电子脱离n区导带底部到达真空能级右边，必须克服内建电场的电势能和材料上电子亲和力。 ;（4）在pn结的两侧，有一个未补偿电荷的区域。这个空间电荷区扩展了界面的两边，并且包含了未中和杂质离子。它的宽度取决于两边的杂质浓度和电荷转移，并要求与费米能级一致，且空间电荷区的自由载流子浓度可以忽略不计。这样的空间电荷区就像是耗尽了载流子，所以空间电荷区也被称为耗尽区。;在结的两边总的空间电荷是相同的，但是它们符号相反，而且内建电势能势垒qVbi(以下简称内建电压)存在于整个结。在电中性情况下，Vbi与费米能级能量差成正比，如图3.2所示。 Vbi是一个正数。（6）电势能势垒的导带与价带相同，电子和空穴也相同。;均匀掺杂时，在结点两侧，空间电荷区域宽度是相等的。非均匀掺杂时，多数空间电荷区都在轻掺杂的一侧。如果结的一侧简并，另一侧非简并，本质上所有的耗尽区都在轻掺杂的一侧，如图3.4所示。这被看作是一个单边的结。也就是n+p结和p+n结。;符号n+表示简并或重掺杂n型，p+表示重掺杂p型材料。在图3.4中，单边n+ p结有一个重掺杂区。令n+表示简并掺杂n型。在简并掺杂的一侧，我们近似认为费米能级在导带边缘。;偏置条件下的能带图 当运用外加电压时，能带图会发生什么变化呢？如图3.5所示，给p区加上负电压，n区加上正电压（成反向偏置），如果Va和内建电场同向，此时为反向偏置，如果和内建电场反向，是为同向偏置。我们以反向偏置为例，即Va为负数。;按照惯例，该装置有两个区域：近似中性区（n区的左端到结的耗尽区边缘或者p区的耗尽区边缘到右端）和耗尽区（包括电离杂质离子）。我看把pn结看成两个相互抵抗