突变结、线性缓变结。15.pptVIP

N 14、什么是PN结的雪崩击穿和隧道击穿？这两种击穿机理的击穿电压随温度的变化趋势是怎样？为什么？ 答：pn结在反向偏置下，外加电场的方向和空间电荷区自建电场方向一致，当P区的电子向电源正极移动的过程中穿越势垒时，将受到势垒电场的加速。若电场足够强，电子获得了足够的动能和原子碰撞，将晶格的共价键破坏，产生一个电子-空穴对，这些新产生的电子-空穴对再从电场中获得动能，进一步产生电子-空穴对，从而使势垒区在单位时间内产生大量载流子，迅速增大反向电流，这种击穿机理称为雪崩击穿。 在强场作用下，由于隧道效应，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，这种击穿机理称为隧道击穿。 雪崩击穿的击穿电压具有正温度系数， 随着温度的提高，散射增强，载流子的平均自由运动时间减少，导致动能不易积累，使电离率下降，击穿电压提高。 隧道击穿的击穿电压具有负温度系数。 这是因为随着温度升高，半导体的带隙Eg 减少，隧道长度相应减少，电子的穿透几率相应增大，因而击穿电压随温度升高而减少。 15、对于一个单边突变结，击穿电压主要是由那边的掺杂浓度决定的？为什么？ 答：主要由低掺杂一侧的掺杂浓度决定，由于击穿电压决定于耗近层宽度，而耗近层宽度由低掺杂一侧决定。 用公式表示为： 积累层: 对于N+-N组成的高低结 电子倾泻到轻掺杂一侧。不过这些剩余载流子形成一个积累层。 因为它们处于相同类型的区域。这两种情况中的这一事实产生了一个重要差别，特别是在接触电势上。 * 1、解释如下概念：PN结、空间电荷区、内建电场、内建电势差、突变结、线性缓变结。 答： PN结：在一块半导体上形成的p型区和n型区交界处。 空间电荷区：离化的施主和受主带有固定的电荷，占据一定的区域。 内建电场：空间电荷产生的电场。 内建电势差：平衡p-n结的空间电荷区两端间的电势差VD，称为p-n结的接触电势差或内建电势差。 突变结：P型区中受主杂质浓度为NA，均匀分布； N型区中施主杂质浓度为ND，均匀分布；在交界面处，杂质浓度由NA(P型)突变为ND(N型)；具有这种杂质分布的pn结称为突变结。 线性缓变结：扩散结中杂质的分布中，浓度梯度比较大的一类可以用前述的突变结来描述；浓度梯度比较小的称为线性缓变结。 2、推导PN结内建电势差VD的公式。 热平衡下载流子浓度 3、证明热平衡下的PN结，在波尔兹曼近似下，其空间电荷区及电中性区中满足np=ni2. 证明： 4、若ND=5x1015cm-3，NA=1017cm-3，求室温下Ge突变pn结的VD。 解：室温下，假设杂质全部电离，有： VD = kT/qln(NDNA/ni2) 室温下，Ge的本征载流子浓度为：ni= 2.4x1013cm-3 VD = 0.026ln(5x1015x1017/ni2) = 0.36V 5、叙述PN具有整流特性的内在物理机理。 正向偏压下，正向电流密度随正向偏压呈指数关系，迅速增大。 室温下kT/q=0.026V，只要外加电压大于零点几伏,exp(qV/kT)1 J=Jsexp(qV/kT) 反向偏压下，V0，q|V|kT exp(qV/kT)?0 称为反向饱和电流，很小。 表明pn结I-V特性不对称， 具有单向导电性。 单向导电性对应的内部物理机制是： 正向V增加，注入的非平衡少子增加扩散电流增加。 反向V增加，少子的抽取不变，只是空间电荷区宽度略有增加。反向扩散电流不变。 6、试分析小注入时，电子（空穴）在五个区域中的运动情况（分析漂移于扩散的方向及相对大小）。 答：正偏下载流子电流的图像 P型电中性区：几乎全部为空穴的漂移电流；由于少子浓度远小于多子浓度可以认为这个电流完全由多子空穴携带。 电子扩散区：空穴沿x方向进入电子扩散区后，一部分与N区注入进来的电子不断地复合，其携带的电流转化为电子扩散电流； 另一部分未被复合的空穴继沿x方向漂移，到达-xTP的空穴电流，通过势垒区； 空穴扩散区：若忽略势垒区中的载流子的产生－复合，则可看成它全部到达了xTN处，然后以扩散运动继续向前，在N区中的空穴扩散区内形成空穴扩散流。在扩散过程中，空穴还与N区漂移过来的电子不断复合，使空穴扩散电流不断地转化为电子漂移流。 直到空穴扩散区以外，空穴扩散电流全部转化为电子漂移流。忽略了少子漂移流后，电子电流便构成了流出N区欧姆接触的正向电流。 7、一硅突变pn结，n区的?n=5?cm，?p=1?s，p区的?p =0.1?cm，?n=5?s，计算室温下空穴电流与电子电流之比、饱和电流密度，以及在正向电压0.3V时流过pn结的电流密度。 解：电流密度公式： 查表得知： ?n=5?cm，?p=0.1?cm时的掺杂浓度为ND=1x1015cm-3 , NA=6x1017cm-3, 查表得知： ND=1