材料物理课件三.pdf

§6 半导体接触与器件简介 6.1 pn 结 所谓PN 结就是由N 型半导体和P 型半导体直接接触构成的。 PN 结的杂质分布模型 对PN 结物理问题的分析主要是建立在突变结的基础之上。 PN 结的形成过程示意图 在 P 型半导体中的载流子是空穴而电子少，在 N 型半导体中的载流子 是电子而空穴少。因此，当彼此接触后，N 区的电子要向 P 区扩散，而 P 区的空穴也要向N 区扩散，在PN 结相交处空穴与电子可以相遇而消失 （复 合）。这样，使两种半导体交界处两边的载流子减少，交界处左边 P 区的 空穴将减少，留下过量的负离子，将形成一负电层，而在交界处右边 N 区 的电子将减少，留下过量的正离子将形成一正电层。因此，在交界处两边将 成为阻止区，存在由N 区指向P 区的内建电场。 PN 结的形成过程示意图 耗尽层 电子、空穴在结合处复合 对于P 型半导体和N 型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷 区称为PN 结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。 在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质，分别形成 N 型 半导体和P 型半导体。此时将在N 型半导体和P 型半导体的结合面上 形成如下物理过程： 因浓度差 多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区 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 最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。  PN 结的整流特性 （单向导电性） 加正偏压：V 加在PN 结上，由于结 区是高阻区，V 使得 P 区的电势升 高，P 区的空穴不断地向 N 区扩散， 而N 区的电子也向P 区扩散，则阻 挡层或耗尽层的厚度及其中所建立 的内电场强度就要减小，电阻率就 会下降，而电流就要增加。  低电阻  大的正向扩散电流 整流特性 加负偏压：空穴与电子都背离交界 面、被拉向各自的终点而流动，从 而使阻挡层的厚度及其中的电场强 度都增大，电阻随之升高，这样就 使通过的电流大为减少。这个方向 称为阻流方向。  高电阻  小的反向漂移电流 整流特性 加负偏压：  高电阻  小的反向漂移电流 I s 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I 。 s Forward biased voltage 整流特性 Reverse biased voltage PN 结的I －V 特性曲线，具有单向导电性， 即：整流特性 整流特性 实验测量表明，PN 结的电流I 和偏压 V 的关系遵从