半导体物理6 p-n结.ppt

* 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.4.2 隧道击穿（齐纳击穿） * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.4.2 隧道击穿（齐纳击穿） 注意： 在一般杂质浓度下，雪崩击穿机构是主要的 在重掺杂半导体中，隧道击穿是主要的 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.4.3 热电击穿 反偏时，流过pn结的反向电流产生热损耗。 反偏↑→热损耗↑→引起结温上升。 →反向饱和电流密度随温度按指数规律↑→产生的热能也迅速↑→进而又导致结温↑↑→反向饱和电流密度↑↑。 如此反复循环下去，最后使J无限增大而发生击穿。 这种由于热不稳定性引起的击穿，称为热电击穿。对于禁带宽度比较小的半导体如锗pn结，由于反向饱和电流密度较大，在室温下这种击穿很重要。 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.5 p-n结隧道效应 简并pn结的能带图 在简并的重掺杂半导体中，n型半导体的费米能级进入了导带，p型半导体的费米能级进入了价带。 两者形成隧道结后，在没有外加电压，处于热平衡状态时，n区和p区的费米能级相等。 在重掺杂pn结中，势垒十分薄。 例：若两边掺杂浓度~5?1019/cm3，势垒宽度只有约几十A?。 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.5 p-n结隧道效应 隧道二极管（Esaki二极管）工作原理 V=0 V0 V0,VVP V0,VVP * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.2 非平衡p-n结的能带图 反偏下的非平衡少数载流子 （形式与正偏相同） =0 ——相当于此处的空穴全被抽走 与反向偏压无关 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.3 理想p-n结的电流电压关系 理想p-n模型 小注入条件 突变耗尽层条件——外加电压和接触电势差都降落在耗尽层上，耗尽层中的电荷是由电离施主和电离受主的电荷组成，耗尽层外的半导体是电中性的。因此，注入的少数载流子在p区和n区是纯扩散运动 通过耗尽层的电子和空穴为常量，不考虑耗尽层中的产生和复合作用 玻耳兹曼边界条件——在耗尽层两端，载流子的分布满足玻耳兹曼统计分布 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.3 理想p-n结的电流电压关系 计算电流密度方法 计算势垒区边界处注入的非平衡少子浓度，以此为边界条件，计算扩散区中非平衡少子的分布 将非平衡载流子的浓度代入扩散方程，算出扩散密度，再算出少数载流子的电流密度 将两种载流子的扩散密度相加，得到理想p-n结模型的电流电压方程式 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.3 理想p-n结的电流电压关系 以正偏为例 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.3 理想p-n结的电流电压关系 代入 令 理想pn结模型的电流电压方程式（肖克来方程式） ——对反偏同样适用 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.3 理想p-n结的电流电压关系 讨论： 1.pn结具有单向导电性 正向偏压下，电流密度随电压指数增加，方程可表示为 反向偏压下 反向饱和电流密度 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.3 理想p-n结的电流电压关系 讨论： 2.强烈依赖于温度 p-n结有电阻，电流越大，焦耳热越多，温度越高，电流更大，——形成正反馈，器件烧坏。 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.4 影响理想p-n结J-V关系的因素 势垒区的产生-复合电流 表面效应 大注入的情况 串联电阻效应 （自学） * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.4 影响理想p-n结J-V关系的因素 复合电流（正向偏压） * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.4 影响理想p-n结J-V关系的因素 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.4 影响理想p-n结J-V关系的因素 m=1，扩散电流为主；m=2，复合电流为主。 扩散电流与复合电流之比和ni及外加电压V有关。 低正向电压下，复合电流占主要地位； 较高正向偏压下，复合电流可以忽略。 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.4 影响理想p-n结J-V关系的因素 产生电流（反向偏压） * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.4 影响理想p-n结J-V关系的因素 讨论： Js与反向偏压无关，而JG随反向偏压增加而增加。 禁带宽度小的半导体，反向漏电流增加显著。 温度升高，反向漏电流增加。 少子寿命越小，反向漏电流越大。 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.4 影响理想p-n结J-V关系的因素 大注入（正向偏压大） VJ VP * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.4 影响理想p-n结J-V关系的因素 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.4 影响理想p-n结J-V关系的因素 * 重庆邮电大学微电子教学部 * 6.2.4 影响理想p