电子工程物理基础5.1 半导体与外界作用.ppt

4. n-n 型 电子积累 电子耗尽 异质结的主要特点 1. 可提高注入比 2. 窗口效应 3. 限制光子的光波导壁界 4. 限制载流子的势垒 5. 提高迁移率 发射结正偏，集电结反偏，且基区很薄 发射极注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电极电流Ic，只剩下很少的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ib。 基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是电流放大作用。 1. 可提高注入比 在总电流中电子电流与空穴电流之比，称为电子的注入比。 Sn Sp 注入比 晶体管的放大倍数 激光器的阈值电流和注入效率 下面借用同质p-n结的电流表达式，做些定性的讨论。 外加正偏： 同质pn结只能通过提高掺杂浓度提高注入比 同质pn结 2. 窗口效应 应用: 1. 太阳能电池 2. 发光二极管 发光二极管结构示意图 太阳能电池 (1) 2 (2) (3) 3.限制光子的光波导壁界 4.限制载流子的势垒 电子势垒 空穴势垒 应用于激光器 例，高速电子迁移率晶体管（调制掺杂场效应晶体管MODFET） 电子势阱 高迁移率（无电离杂质散射） 极低温度下“不冻结”（不复合） 低温性能好 5. 提高迁移率 杂质与电子在空间被分隔 超晶格 由于超晶格人工周期的引人而引起的量子限制效应使它们具有许多自然晶体所不具备的优越性能，并且其光电性质可由不同的应变状态进行人工调整, 因而正引起人们越来越大的兴趣。 （3）应变超晶格 如，GexSi1-x/Si 带隙可调，间接带隙向直接带隙转变 * * * 势垒电容 对于线性缓变结： 对于突变结 对于突变结： * 耗尽层近似条件成立 正偏下的经验公式： 反偏时适用 其中 : 对于线性缓变结： ——扩散电容 (2) 扩散电容 也称电荷存储电容（charge storage capacitance ） 同理： 那么， 显然， CT与CD都与p-n结的面积A成正比，且随外加电压而变化。 （3）总电容 p-n结的总电容为势垒电容和扩散电容之和 大正向偏置p-n结时，以CD为主，Cj≈CD 小正向偏置或反向偏置p-n结时， 以CT为主，Cj≈CT 点接触型 正极 引线 触丝 N 型锗片 外壳 负极 引线 负极引线 面接触型 N型锗 PN 结 正极引线 铝合金 小球 底座 金锑 合金 正极引线 负极引线 集成电路中平面型 P N P 型支持衬底 目前主要使用 点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后，再通过电流法而形成的。因此，其PN结的静电容量小,适用于高频电路。 因为构造简单，所以价格便宜。对于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一般用途而言，它是分立器件中应用范围较广的类型。 点接触型 正极 引线 触丝 N 型锗片 外壳 负极 引线 面结型与点接触型二极管相比较，正向特性和反向特性好，因此，用于大电流和整流。 负极引线 面接触型 N型锗 PN 结 正极引线 铝合金 小球 底座 金锑 合金 正极引线 负极引线 集成电路中平面型 P N P 型支持衬底 影响p-n结伏-安特性的主要因素： 产生偏差的原因： （1）正向小电压时忽略了势垒区的复合电流；正向大电压时忽略了扩散区的漂移电流和体电阻上的压降。 （2）在反向偏置时忽略了势垒区的产生电流。 三.p-n结的异常特性 1.p-n结I-V特性的非理想因素 空间电荷区的复合电流（正向） 假设注入空穴在穿越空间电荷区时因复合损失了一部分，那么p区就要额外地向n区注入空穴，以弥补复合损失掉的空穴。单位时间额外注入的载流子的流动形成了复合电流。 注入电子同上。 注入空穴 注入电子 势垒区复合电流 复合率 势垒区复合电流 正向电流: J=Jr+JD 注入p+-n结的n侧的空穴及其所造成的电子分布 大注入 （正向） 扩散区产生内建电场 扩散系数Dp 2Dp + - 体电阻上的压降不可忽略 空间电荷区的产生电流 （反向） 势垒区由热激发通过复合中心产生的电子-空穴对来不及复合就被强电场驱走了， 存在净产生。 势垒区的复合影响 大注入影响 势垒区的产生影响 2. p-n结的击穿(Berakdown) 在反向偏置下，当反向电压很大时， p-n结的反向电流突然增加，从而破坏了p-n结的整流特性-- p-n结的击穿。 禁带宽度较窄的半导体易发生这种击穿. p-n结中的电场随着反向电压的增加而增加，少数载流子通过反向扩散进入势垒区时获得的动能也就越来越大，当载流子的动能大到一定数值后，与中性原子碰撞时，可以把中性原子的价电子激发到导带，形成电子-空穴对——碰撞电离。 (1