半导体物理学课件7p-n结..ppt

第六章 p-n结 6.1 pn结及其能带图 6.2 pn结电流电压特性 6.3 pn结电容 6.4 pn结击穿 6.5 pn结隧道效应 6.1 pn结及其能带图 冶金结＿P区和n区的交界面 突变结　线性缓变结　超突变结 突变结＿均匀分布，交界处突变 6.1 pn结及其能带图 基本结构 空间电荷区＝耗尽区 （没有可自由移动的净电荷，高阻区） 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 理想假设 1、耗尽层突变近似。空间电荷区的边界存在突变，且耗尽区以外的半导体区域是电中性的。 2、载流子统计分布复合麦克斯韦-玻尔兹曼近似。 3、复合小注入条件。 4(a)、pn结内的电流值处处相等。 4(b)、pn结内的电子电流与空穴电流分别为连续函数。 4(c)、耗尽区内的电子电流与空穴电流为恒定值。 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 计算流过p-n结电流密度的步骤： 1、根据费米能级计算耗尽区边界处注入的过剩少子浓度。 2、以边界处注入的过剩少子浓度作为边界条件，求解扩散区中载流子连续性方程——双极输运方程。得到过剩载流子分布表达式。 3、将过剩少子浓度分布带入扩散电流方程得到扩散电流密度。 4 、将两种载流子扩散电流密度相加，得到理想p-n结电流电压方程。 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 1、边界条件 边界条件的确定 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 2、少数载流子分布——解双极输运方程 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 3、理想pn结电流 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 理想关系 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 物理学小结 6.2 pn结电流 短二极管 产生复合电流 反偏产生电流JR 产生复合电流 正偏复合电流： 产生复合电流 总正偏电流 产生复合电流 J小时复合主导 J大时扩散主导 6.3结电容 反偏 6.3结电容 反偏 势垒电容 6.3结电容 单边突变结 NaNd时，这种结称为P+n结。 6.3结电容 单边突变结 非均匀掺杂pn结 线形缓变结　x=x’处 非均匀掺杂pn结 线形缓变结 (3)热击穿 6.4 p-n结的击穿(Berakdown) 低浓度雪崩，高浓度隧穿 6.5 pn结中的隧道效应 6.5 pn结中的隧道效应 小结 均匀掺杂pn结。 空间电荷区。 空间电荷区内的电场。 空间电荷区内的电势差。 外加偏置条件下空间电荷区宽度、内建电势差、势垒电容、场强的变化。 线性缓变结的电场、内建电势差、势垒电容的表达式。 小结 pn结二极管在外加电压不为零时，结内电荷流动的定性描述；正偏与反偏条件下的能带图；过剩少子的产生； 理想二极管中的电流电压关系的推导方法及其温度效应。 产生复合电流。 结击穿 EFn EFp EFn EFp EFn EFp EFn EFp EFn EFp 外加电场Vr与内建电场方向一致 扩散漂移 (2)反向偏置 （Reverse bias） VD增大为（VD+Vr），相应地势垒区加宽 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 势垒区两侧边界上的少数载流子被强电场扫过势垒区。使边界处的少子浓度低于体内。产生了少子的扩散运动，形成了反向扩散电流。 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 类似于正向偏置的方法，可求得反向电流密度 式中，Js不随反向电压变化，称为反向饱和电流密度；负号表示反向电流方向与正向电流方向相反。 Jr与反向电压Vr无关，是因为当反向电压V的绝对值足够大时，边界上的少子浓度为零。 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 p-n结的正向和反向电流密度公式可统一用下列公式表示： 正向：V= Vf 反向：V= -Vr p-n结的伏-安特性 单向导电性---整流 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 温度影响大 单边突变结 I-V特性由轻掺杂一边决定。 6.2 pn结电流　理想电流电压关系 边界条件： 少子浓度： 少子扩散电流密度： 影响p-n结伏-安特性的主要因素： 产生偏差的原因： （2）在反向偏置时忽略了势垒区的产生电流。 6.2 pn结电流　 偏离理想情况 （1）正向小电压时忽略了势垒区的复合；正向大电压时忽略了外加电压在扩散区和体电阻上的压降。 空间电荷区内： n区注入p区的电子和从p区注入n区的空穴在势垒区内复合了一部分，形成复合电流。 一般状况下，二极管的电流电压关系： n为理想因子。 正偏电压较大：n≈1 正偏电压较小：n≈2 过渡区内：1n2 注入p+-n结的n侧的空穴及其所造成的电子分布 大注入 扩散区产生内建电