半导体物理-第六章-pn结.pptVIP

又 ， ， ， （2） 小3个数量级 （3） 7.计算温度从300K增加到400K时，Si p-n结反向电流增加 的倍数。 解： 已知 8. 设硅线性缓变结的杂质浓度剃度为 ， 。求反压为8V时的势垒宽度。 解： 由6－118式： 11.分别计算硅 n+p结在正向电压为0.6V，反向电压40V时的势垒宽度。 已知 ， 解： 当 时， 当 时， 12. 分别计算硅p+n结在平衡和反压45V时的最大场强，已知 ， 。 解： 由6－79式： ， 当 时， 当 时， * * * * * Q = qNAxp= qNDxp 无外加电压时单位面积的电荷量 有外加电压时 势垒区： XD=xp+xn 若pn结面积为A 对p+n或n+p, 电容简化为 讨论： 1. C与结面积A和轻掺杂杂质浓度的平方成正比； 2. C与电压(VD-V)成反比，反向偏压越大，势垒电容越小， 3. 正向偏压下势垒电容 CT(0)表示外加电压为零时的势垒电容 较深的扩散结，在pn结附近，近似为线性缓变结 势垒区空间电荷密度为 ?(x)=q(ND-NA)=q ?jx ?j为杂质浓度梯度 无外加偏压时，势垒区宽度 外加偏压下，势垒区宽度 不论杂质如何分布，在耗尽层近似下，等效为一个平行板电容 6.3.4 扩散电容 Pn结在正向偏压下，由于少子注入，在扩散区少子浓度随正向偏压的变化而变化，形成扩散电容 扩散电容随正向偏压指数式增长。 对pn结施加的反向偏压增大到某一数值VBR，反向电流突然迅速增大，这种现象称为pn结击穿。 pn结的击穿电压：击穿时的反向偏压。 电流突然迅速增大是由于载流子数目急剧增大引起, 不是迁移率增大引起的. 反向偏压很大时, 势垒区的电场很强, 势垒区的电子和空穴受强电场作用, 动能很大. 当动能很大电子、空穴与势垒区晶格原子发生碰撞时，可将价健上电子激发到导带，产生电子-空穴对。 6.4 pn结击穿 载流子的倍增效应：载流子在势垒区不断发生碰撞电离，使载流子大量增加的现象。 载流子大量增加， 使反向电流迅速增大。 2. 强电场下，使大量电子从价带穿过禁带而进入导带所引起的一种击穿现象。 反向偏压下，势垒区能带发生倾斜； 反向偏压越大，势垒越高，势垒区的内建电场越强，势垒区能带越加倾斜。 当势垒倾斜很厉害时，使 N区的导带比P区的价带顶还低，使大量电子从价带穿过禁带而进入导带所引起的一种击穿现象。 当内建电场为E时，价带电子得到附加势能 qEx; 当qExEg时，p区价带顶电子与n区导带底电子具有相同能量，电子可以从价带顶直接渡越到导带， 发生隧穿。 对一定的半导体材料，势垒区电场E越大，或?x越短，电子穿过隧道的概率p越大。 电场E增大到一定程度，或?x短到一定程度，p区大量价带电子隧穿到n区导带，反向电流密度急剧增大， pn结隧道击穿。 若概率p=10-10， Si: Eg=1.12eV, ?x=3.1nm。 (NVA)越大， ?x 越小，隧道击穿概率P越大。隧道击穿与(NVA)密切相关。 (NVA)中，N 小，反向偏压V大时，容易发生雪崩击穿； 杂质浓度N大时，隧道击穿为主。 3. 热电击穿 pn结施加反向电压时，反向电流引起热损耗； 反向电压越大，热损耗也越大。 如果散热不畅，会引起结温升高。 反向电流随温度升高按指数规律增大，上升速度非常快。 结温升高，JS升高，热能迅速增大，使结温进一步升高，反向电流密度进一步增大。循环往复，Js无限增大，发生击穿。 5. pn结隧道效应 两边重掺杂的pn结，其电压特性 1-2阶段：随电压增大电流迅速增大，达到峰值电流IP。对应峰值电压 VP. 2-3阶段：随电压增大电流发反而减小的现象称为负阻，极小值电流称为谷值电流Iv。电压称为谷值电压Vv. 当电压大于Vv后，电流又随电压的增大而增大。 VP –Vv段电压增大电流发反而减小的特性 称为负阻特性。 隧道结：重掺杂的p区和n区形成的结。 应用：制备各种隧道二极管。 负阻特性的应用：微波放大、高速开关、激光振荡源等。 P区费米能级进入价带； N区费米能级进入导带； 隧道结利用多子的隧道效应工作的。 隧道二极管的特性： 噪声较低： 单位时间通过结的多子数目起伏较小； 工作温度范围大：温度对多子浓度影响小； 可在高频下工作：电子越过结所需时间短，不受渡越时间的限制。 小结-pn结的分类 小结-空间电荷区与内建电场 小结- pn 结接触电势差 小结- pn结的伏安特性 理想pn结的电压-电流方程，又称为肖克莱方程。 小结- pn 结电容 讨论： 1. C与结面积A和轻掺杂杂质浓度的平方成正比 2. C与电压(VD-V)成反比，反向偏压越大，势垒电容越小 3. 正向偏压下势垒电容 CT(0)表示外加电压为零时的势