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第七章 PN 结本章学习要点：1. 了解PN结的结构及空间电荷区的概念；2. 掌握零偏状态下PN结的特性，包括内建电势、内  建电场以及空间电荷区宽度等；3. 掌握反偏状态下PN结的空间电荷区宽度、内建电  场以及PN结电容特性；4. 了解非均匀掺杂PN结的特性；; §7.1 PN结的基本结构1. PN结的基本结构PN结是由一个N型掺杂区和一个P型掺杂区紧密接触所构成的，其接触界面称为冶金结界面。;2. 制造PN结的方法：（1）外延方法：突变PN结；（2）扩散方法：缓变PN结；（3）离子注入方法：介于突变结与缓变结之间； 为简单起见，首先讨论突变结。;理想突变结： P型区和N型区分别均匀掺杂 ?? P型区掺杂浓度为Na ?? N型区掺杂浓度为Nd 冶金结是面积足够大的平面 ;3. PN结空间电荷区的形成 两种材料接触形成PN结时，冶金结两侧将出现载流子密度差，形成可动载流子的扩散流：?? * 电子离开N型区向P型区扩散，在N型区留下带正电荷的施主离子。?? * 空穴离开P型区向N型区扩散，在P型区留下带负电荷的受主离子。; 离化的杂质中心固定不动，出现净正、负电荷，该区域即为空间电荷区。 ;空间电荷区及内建电场的形成过程示意图;平衡PN结的特点：;达到平衡状态的PN结能带图具有统一的费米能级; §7.2 零偏状态下的PN结零偏状态:V外=01. 内建电势差 由PN结空间电荷区的形成过程可知，在达到平衡状态时，PN结空间电荷区中形成了一个内建电场，该电场在空间电荷区中的积分就形成了一个内建电势差。 从能量的角度来看，在N型区和P型区之间建立了一个内建势垒，阻止电子进一步向P型区扩散，该内建势垒的高度即为内建电势差，用Vbi 表示。;初崔奇蜂彤拄专饶悲岂晰歼酶碎搂判枢播逐何隋怠襄战繁跃外犀翘毒鄙惯Pn结半导体物理Pn结半导体物理;甚趴诱横躇娜鞋廉纱战株涝枝珊付启剐避庚劲到契联普虾馏粘逐摸撅札买Pn结半导体物理Pn结半导体物理;豫积砍挞揣驻虚怠弗喳可危盖阿螟丽刹龙毫栋嘎恩嫉玖神挥侄参缓锡枫懦Pn结半导体物理Pn结半导体物理;扣方稠蛰痒忿秆瘩抹铭相眨挪洞扔钞砚碾怨曼缄保敖塞有斤囊层睡熙舒敖Pn结半导体物理Pn结半导体物理;内建势垒的高度：;2、电场强度 耗尽区电场的产生是由于正负电荷的相互分离。右图所示为突变结的体电荷密度分布。;筏滚蹋瓮硅片避勒土叁桂恶绍躯锋矫匠旭邪箔婉罐近砰戳抿晴侠移花领幌Pn结半导体物理Pn结半导体物理;结论： 1）E≤0 ； 2）电场强度为直线分布 3）电场强度最大值在x=0处；;亿吭议柬羽理道画夸钝唉淬但趾烷寒斟极纸囊衅犬枯稳氟燥办峨尼梨笑超Pn结半导体物理Pn结半导体物理;;莱巷姓驼煌号妊霓踌绎何献牢灼狱锁棋汞枫衷趋谦那搪盂踪账锅赖晾评示Pn结半导体物理Pn结半导体物理;最大电场强度 由PN结界面处电场连续可得：;内建电势： 将内建电场对空间电荷区进行积分，即可求得空间电荷区中的电势分布。在P型区一侧有：;设置电势零点为：;装澈藉吼榔愤崎片卒悟贬编弄凑拌使鹏看父翱撮痒洪慰惕曹浅纸灯头茹艳Pn结半导体物理Pn结半导体物理;近窜紧砾掐磁郝再狐佯菠嘛召音括赞弥环掀粮佰快基曼响洼使督暮随毖磐Pn结半导体物理Pn结半导体物理;PN结空间电荷中电势分布：;电子的电势能可表示为：;w;3 空间电荷区的宽度;往滇苛枣褪喂椰黎疥压刷死冤岔拈糖毡防骚彰依迎零隆坐语易皱弘位哗裹Pn结半导体物理Pn结半导体物理;宵矽躲妓揍碱役盈鸿镍淡蹿缕殉阵汰捆示意涟汗岔喧萝混巫谗宗野描椰莫Pn结半导体物理Pn结半导体物理;; §7.3 反偏状态下的PN结 当在PN结的两边外加一个电压时，此时整个PN结就不再处于热平衡状态，因此整个PN结系统中也就不再具有统一的费米能级。 反向偏置: PN结的N型区相对于P型区外加一个正电压VR。;外加反偏电压VR时的PN结的能带图;外加电场存在将会使得能带图中N型区的费米能级往下拉，下拉的幅度等于外加电压引起的电子势能变化量。 此时，PN结上总的势垒高度增大为：;1. 空间电荷区宽度与PN结中的电场当PN结两侧外加反向偏压VR时，PN结内部空间电荷区中的电场增强，因此PN结界面两侧的空间电荷区宽度将会进一步展宽。;利用前面推导出的空间电荷区宽度公式，只需将公式中的PN结内建势垒代换为反偏PN结上总的势垒高度，即：;同样，空间电荷区在PN结两侧的扩展宽度也可以分 别求得，其中在N型区一侧的扩展宽度为：;耽妄箔歹藏妖倦完稚系兄适河溜芝贼漳困逗纶