固体物理学_半导体电子论之PN结讲述.pptVIP

07_06_PN 结 —— 半导体电子论 07_06 PN 结 PN结的构成 PN结的性质 —— 单向导电性 电流随电压变化特性 反向状态 正向状态 一部分是N型半导体材料 一部分是P型半导体材料 1 平衡PN结势垒 电子浓度 空穴浓度 —— N型半导体材料，杂质激发的载流子范围 电子的浓度远远大于空穴的浓度 费密能级在带隙的上半部，接近导带 P型半导体材料 —— 费密能级在带隙的下半部，接近价带 N型和P型材料分别形成两个区 —— N区和P区 N区和P区的费密能级不相等，在PN结处产生电荷的积累 —— 稳定后形成一定的电势差 P区相对于N区具有电势差 —— PN结势垒作用 正负载流子在PN结处聚集，内部形成电场 ——自建场 —— 势垒阻止N区大浓度的电子向P区扩散 平衡PN结 —— 载流子的 扩散和漂移运动相对平衡 —— 电场对于N区的电子和P区的空穴是一个势垒 —— 势垒阻止P区大浓度 的空穴向N区扩散 —— 抵消原来P区和N区电子费密能级的差别 P区电子的能量向上移动 —— 半导体中载流子 浓度远低于金属 且有 —— PN结处形成电荷 空间分布区域 约微米数量级 —— 扩散和漂移形成平衡电荷分布，满足玻耳兹曼统计 —— N区和P区空穴浓度之比 热平衡下N区和P区电子浓度 —— P区和N区电子浓度之比 2 PN结的正向注入 当PN结加有正向偏压 —— P区为正电压 —— 外电场与自建场方向相反__减弱PN结区的内电场 原有的载流子平衡受到破坏 N 区电子 ? 扩散到 P 区 P 区空穴 ? 扩散到 N 区 —— 非平衡载流子 —— PN结的正向注入 —— 电子扩散电流密度 正向注入 —— P区边界电子的浓度变为 —— 外加电场使边界处电子的浓度提高 倍 和 比较得到 边界处非平衡载流子浓度 —— 正向注入的电子在P区边界积累，同时向P区扩散 —— 非平衡载流子边扩散、边复合形成电子电流 边界处非平衡载流子浓度 —— 正向注入电子在P区边界积累，同时向P区扩散 非平衡载流子边扩散、边复合形成电子电流 非平衡载流子密度方程 边界处 电子扩散流密度 —— 电子的扩散系数和扩散长度 注入到P区的电子电流密度 —— 在N区边界空穴积累，同时向N区扩散 也是非平衡载流子边扩散、边复合形成空穴电流 注入到N区的空穴电流密度 PN结总的电流密度 —— 肖克莱方程 ( W. Shockley ) 结果讨论 2)????PN结的电流和N区少子 、P区少子 成正比 1) ?? 当正向电压V增加时，电流增加很快 如果N区掺杂浓度远大于P区掺杂浓度 —— PN结电流中将以电子电流为主 3 PN结的反向抽取 PN结加有反向偏压 —— P区为负电压 —— 只有N区的空穴和P区的电子 在结区电场的作用下才能漂 移过PN结 —— 外电场与自建场方向相同 ___ 势垒增高 载流子的漂移运动超过扩散运动 N区的空穴一到达边界即被拉到P区 P区的电子一到达边界即被拉到N区 —— PN结方向抽取作用 PN加有反向电压 势垒变为 —— P区边界电子的浓度 —— 反向抽取使边界 少子的浓度减小 反向电流 一般情况下 —— 反向饱和电流 扩散速度 —— P, N区少数载流子的产生率 P区少数载流子——电子的产生率 N区少数载流子——空穴的产生率 反向饱和电流 —— 扩散长度一层内 总的少数载流子产生率乘以电子电量q 反向电流 —— PN结附近产生的少数载流子，又有机会 扩散到空间电荷区边界的少数载流子形成