07_06_PN结-杭州电子子科技大学.PDF

固体物理讲义_第七章 半导体物理基础 07_06 PN 结 PN 结的构成 —— 半导体材料的一部分是N 型半导体材料，一部分是P 型半导体材料型 PN 结的性质 —— 单向导电性，电流随电压变化的特性如图XCH007_012_01~03 所示 1 平衡PN 结势垒 E E  F   k T n N e B   电子和空穴的浓度： E E F    kBT p N e   —— 在杂质激发的载流子范围 掺杂的N 型半导体 —— 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， 如图XCH007_006_02 所示 掺杂的P 型半导体 —— 空穴的浓度远远大于电子的浓度，费密能级在带隙的下半部，接近价带如 图XCH007_006_03 所示 半导体中，由N 型和P 型材料分别形成两个区 —— N 区和P 区 N 区和P 区的费密能级不等，在PN 结处产生电荷的积累，稳定后形成一定的电势差，如图 XCH007_013_01 所示，P 区相对于N 区具有电势差V D P 区电子的能量向上移动：qVD ，抵消原来P 区和N 区电子费密能级的差别 满足：qVD (EF )N (EF )P —— 如图XCH007_013 所示 —— 半导体中载流子浓度远远低于金属，PN 结处形成的电荷空间分布区域约在微米数量级 杭州电子科技大学 － 1 － 应用物理系 固体物理讲义_第七章 半导体物理基础  PN 结势垒作用 正负载流子在PN 结处聚集，在PN 结内部形成电场 —— 自建场 —— 自建电场对于N 区的电子和P 区的空穴是一个势垒 势垒的作用 —— 阻止N 区大浓度的电子向P 区扩散和阻止P 区大浓度的空穴向N 区扩散 —— 平衡PN 结中是载流子的扩散和漂移运动的相对平衡 —— 扩散和漂移形成平衡电荷分布，满足玻耳兹曼统计规律 热平衡下N 区和P 区的电子浓度分别为： E E  F   n0 N e kBT  N   (EqVD )EF  0  kBT n N e  P  0 两式相比：nP eqVD / kBT —— n0 n0 eqVD / kB T 0 P N n N 0 N 区和P 区热平衡下空穴浓度之比：p N eqVD / kBT 0 p P 2 PN 结的正向注入 当PN 结加有正向偏压—— P 区为正电压，如图XCH007_014_01~02 所示 PN 结的正向注入 —— 外电场与自建场方向相反，外电场减弱PN 结区的电场，使原有的载流子 平衡受到破坏。这种情况下，势垒降低，电子从N 区扩散到P 区，空穴从P 区扩散到N 区，形成 比较显著的正向电流，称为非平衡载流子。  电流密度的计算 正向