[工学]PN结1.ppt

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[工学]PN结1

2006.2 1 More significantly, they are the common building blocks in semiconductor devices. Exercise Vbi and W are both functions of the doping level Nd and Na. Over what range of values do they vary? This URL: /education/pn/pnformation3/index.html has a very helpful suite of animations to illustrate the formation of a pn junction at thermal equilibrium. Different doping concentrations and semiconductors beside silicon can be specified. It also calculates W and Vbi. 已知条件:空间电荷区两个边界的电势差为VBi 那么,有NDxn=NAxp qNDxn=qNAxp, P结耗尽区正电荷数与负电荷数相等 电势分布的解: 由于 设定参考电势位于x=xp为零,边界条件为: V=0 (x=-xp) 和 V=VBi (x=xn) 因此,分离变量且沿耗尽区边界到任一点x处进行积分,在耗尽层P型一侧有: 同样,在结的N型一侧, V与x 的关系实际上是二次函数关系,结的P型侧为凹形曲线,结的N型侧为凸形曲线 在x=0处,得出: 利用 NDxn=NAxp,由上式可以得到:xn,xp 的解 如何求解xn, xp ? 耗尽层的总宽度W, 例:已知一硅突变结且NA=1017/cm3, ND=1014/cm3, 求热平衡条件下,T=300K时耗尽层宽度和最大电场强度。 解:对于给定的结, W=xn+xp?xn=2.93μm * Why study pn junctions? PN结是半导体器件(PN结二极管、晶体三极管 、MOS器件和集成电路)中最基本的单元。 PN结理论也是整个半导体器件的理论基础。 多数的半导体器件中至少都包含一个PN结。 因此,深入了解和掌握PN结理论尤为重要。 第一章 PN结 Why study pn junctions? Probably most familiar as a rectifier. … but also for many other common applications such as: Light Emitting Diodes Laser Diodes Solar Cells A conventional npn bipolar transistor structure Two MOS Field Effect Transistors connected as a CMOS inverter. 本章主要内容 1.1 平衡PN结 1.2 空间电荷区的电场和电势分布 1.3 直流特性 1.4 势垒电容和扩散电容 1.5 频率特性和开关特性 1.6 PN 结的电击穿 1.7 二极管模型 第一章 PN结 1.1.1 PN结的形成和杂质分布 什么是PN结:在一块N型(或P型)半导体单晶衬底上,利用一定工艺方法(合金法、扩散法、外延法或离子注入)等掺杂方法掺入与原晶体导电类型相反的杂质P型(或N型),这时在晶体内既有N型区又有P型区,在N型区和P型区的交界面处形成PN结(交界面叫冶金结)。( 采用单晶制作PN结的主要工艺过程) 第一章 PN结 1.1 平衡PN结 理想突变结: N型区和P型区分别均匀掺杂; N型区掺杂浓度为 P型区掺杂浓度为 冶金结的面积足够大的平面 1.1平衡PN结 理想突变结结构及杂质分布 第一章 PN结 常温下平衡态杂质均匀掺杂得非简并半导体: N型半导体平衡态多子(电子)浓度 载流子分布, N型半导体平衡态少子(空穴)浓度 P型半导体平衡态多子(空穴)浓度 P型半导体平衡态少子(电子)浓度 第一章 PN结 载流子漂移(电流)和扩散(电流)过程保持平衡(相等),形成自建场E和自建势V 第一章 PN结 1.1.2 平衡PN结(零偏): 所谓平衡PN结是指PN结内温度均匀、稳定,外加电压等于零,而且,不存在光、磁辐射等外作用。 特点: 具有稳定的空间电荷层; 扩散运动和漂移运动相互抵消; 具有自建电场,电场方向由N?P; 净电流即电子电流和空穴电流均为零; 空间电荷区具有一定的电荷量。 N型区和P型区具有统一的费米势。 第一章 PN结

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