半导体器件物理(第二章 PN结)..ppt

2.4 PN结的击穿特性 2.4.2 雪崩击穿电压 如图给出了突变结的雪崩击穿电压与低掺杂一侧杂质浓度的关系曲线，对N型和P型的材料都适用。杂质浓度决定了材料的电阻率，所以为了获得所需的击穿电压，原材料的电阻率要注意选择合适的数值。 突变结击穿电压 2.4 PN结的击穿特性 突变结击穿电压 如图给出了线性缓变结与杂质浓度梯度的关系曲线。从图中可以看出，可以采用降低杂质浓度梯度的方法来提高击穿电压。 雪崩击穿电压不光跟低掺杂区的杂质浓度或杂质浓度梯度有关，还跟材料的禁带宽度有关。在相同的条件下，禁带宽度大的材料，雪崩击穿电压高。 2.4 PN结的击穿特性 2.4.3 影响雪崩击穿电压的因素 杂质浓度的影响 2.外延层厚度的影响 如果外延层厚度小于PN击穿时的势垒区宽度，反向击穿电压将降低。 微电子技术专业 2.1 平衡PN结 2.1.1 PN结的形成与杂质分布 合金法制造PN结 N-Ge N-Ge N-Ge In In+Ge P-Ge Xj NA-ND O xj x P型杂质 SiO2 光刻窗口 P-Si N-Si N-Si N-Si 氧化 光刻 扩散 Xj 扩散法制造PN结 NA-ND O xj x 2.1 平衡PN结 NA-ND O xj x P-Si N-Si Xj 离子注入法制造PN结 2.1 平衡PN结 2.1.2 PN结的能带图 空间电荷区 自建电场 P区 N区 平衡PN结的形成 P区和N区接触存在浓度差→扩散（复合）→出现空间电荷区→形成自建电场→漂移运动和扩散运动抵消→达到动态平衡 2.1 平衡PN结 2.1 平衡PN结 P区 N区 PN结 平衡PN结的能带图 注意到费米能级是电子填充能级水平的标志，当两块半导体结合形成PN结时，电子将从费米能级高的N区流向费米能级低的P区，空穴则从P区流向N区，直到费米能级处处相等，PN结处于平衡状态。 P区 N区 2.1.3 PN结的接触电势差与载流子分布 PN结的接触电势差 达到平衡状态时，如果P区和N区的电势差为UD，则两个区的电势能变化量为qUD，其中UD称为PN结的接触电势差，qUD就是势垒高度。 2.1 平衡PN结 PN结载流子浓度分布 空间电荷区中载流子浓度分布是按指数规律变化的，变化非常显著，绝大部分区域的载流子浓度远小于两侧的中性区域，即空间电荷区的载流子基本已被耗尽，所以空间电荷区又叫耗尽层。 2.1 平衡PN结 2.2 PN结的直流特性 2.2.1 PN结的正向特性 1.PN结的正向注入效应 PN结加正向偏压，在势垒区内产生一个外加电场，这个外加电场与原来的自建电场方向相反，因而削弱了势垒区中的电场强度。势垒区宽度变窄，势垒高度降低。 非平衡少子注入后，在边界附近积累，形成从边界到内部浓度梯度，并向体内扩散，同时进行复合，最终形成一个稳态分布。 扩散区中的少子扩散电流都通过复合转换为多子漂移电流。 2.2 PN结的直流特性 2.正向PN结边界少子浓度 我们看到，正向偏置的PN结边界处的少子浓度，等于体内平衡少子浓度乘上一个指数因子。也就是说，势垒区边界积累的少数载流子浓度随外加电压按指数规律增加。 2.2 PN结的直流特性 3.PN结正向电流电压关系 空穴扩散电流密度 电子扩散电流密度 通过PN结的总的电流密度 2.2 PN结的直流特性 对于结面积为A的PN结，通过的正向电流为 通常写成 其中 可近似为 近似为 2.2 PN结的直流特性 2.2.2 PN结的反向特性 2.PN结的反向抽取作用 PN结加反向偏压，外加电场与自建电场方向相同，空间电荷区电场加强。势垒区宽度变大，势垒高度增加。 2.2 PN结的直流特性 反偏时漂移作用占了优势，因此要把P区边界的电子拉到N区，把N区边界的空穴拉到P区去，而在P区内部的电子和N区内部的空穴就要跑到边界去补充，这样就形成了反向电流，方向是从N区指向P区。上述情况就好像是P区和N区的少数载流子不断地被抽出来，所以称为PN结的反向抽取作用。 2.2 PN结的直流特性 用与正向PN结类似的方法，可以求出PN结反向电流为 随着反向电压的增大，反向电流将趋于一个恒定，仅与少子浓度、扩散长度、扩散系数有关，我们称之为反向饱和电流。少数载流子浓度与本征载流子浓度平方成正比，并且随温度升高而快速增大，因此，反向扩散电流会随温度升高而快速增大。 正向特性 反向特性 将PN结的正向特性和反向特性组合起来，就形成PN结的伏安特性，在正向偏压和反向偏压作用下，曲线是不对称的，表现出PN结具有单向导电性（或称为整流效应）。 2.2 PN结的直流特性 2.2.3 影响PN