第1章节半导体材料幻灯片.pptVIP

三、非平衡载流子的产生与复合 非平衡载流子的的扩散运动： 由于非平衡载流子一般是靠外部条件的作用而产生的，因而在半导体中各处的浓度不像平衡载流子那样是均匀的。以光注入为例，设以稳定的光均匀照射半导体表面，光只在表面极薄的一层产生非平衡载流子，由于浓度梯度的作用，对于N型样品，非平衡的空穴将向材料内部扩散，并形成稳定的分布，根据一维的连续性方程： 其中Dh为空穴扩散系数，?p为空穴的寿命。得到方程的解，即为非平衡空穴浓度的分布： Lh＝(Dn?p) 1/2为非平衡空穴扩散长度，标志空穴浓度降至1/e所需的距离。 三、非平衡载流子的产生与复合 对非平衡电子的扩散有 其中 Ln＝(Dn?n) 1/2为非平衡电子扩散长度,Dn为电子扩散系数,?n为电子寿命。 载流子扩散系数D与迁移率?遵从爱因斯坦关系： 而Lh、Ln也是半导体的一个重要参数，是有关器件设计、提高性能必须考虑的因素。 非平衡载流子的的扩散运动 四、半导体的界面特性 如果在同一块半导体材料中，一边是p型区，另一边是n型区，在相互接触的界面附近将形成一个结叫p-n结。 p-n结是许多半导体电子器件的基本结构单元。 P-n结按其杂质分布状况可以分为两类：突变结和缓变结。突变结结面两边的掺杂浓度是常数，但在界面处导电类型发生突变。缓变结的杂质分布是通过结面缓慢地变化。合金结和高表面浓度的浅结扩散结一般可认为是突变结；而低表面站度的深扩散结，一般可认为是缓变结。 p-n结的结构特点使其具有单向导电性，使得各种功能半导体器件得以迅速发展。 1、P-n结 四、半导体的界面特性 当p-n结形成时，在交界处有一结区，在结区内形成空间电荷，而自由载流子数目少，所以也常称为耗尽层。而且在结区内，对于电子而言，结区是从n区向p区逾越的势垒；对于空穴而言，结区也是从p区向n区逾越的势垒，因此结区也称为势垒区。 1、P-n结:平衡p-n结势垒 四、半导体的界面特性 n型半导体的费米能级在本征费米能级之上，P型半导体的费米能级在本征费米能级之下，当n型和P型半导体形成p-n结时，由于自建场的作用，平衡p-n结达到统一的费米能级EF，即p型区能带相对n型区上移，而上移的高度为qVD,称为平衡p-n结的势垒高度。势垒高度的物理意义即为电子从n区到p区(或空穴从p区到n区)必须克服的能量势垒，其大小为: 1、P-n结:平衡p-n结势垒 eVd=KBTln(NdNa/NcNv)+Eg 即：提高禁带宽度或增加杂质浓度的乘积，都使p-n结势垒高度增加。 四、半导体的界面特性 p-n结伏安特性指通过p-n结的电流与外加电压(偏压)的关系： 正向偏压下，电流随偏压指数上升，可达几十安／厘米2~几千安／厘米2 ，反向偏压下，电流很小，且很快趋向饱和，即反向饱和电流仅几微安／厘米2 ；当反向偏压升到某电压值时，反向电流急剧增大，称为击穿，其电压为击穿电压V击穿。 1、p-n结—伏安特性 这一伏安特性具有单向导电的整流性质。 单向导电的机理：由于结区中载流子浓度很低，是高阻区，如果加上正向偏压V，我们可以认为其全降落在结区，V使p区电势升高，则势垒降低，电子不断从n区向p区扩散，空穴也不断从p区向n区扩散，由于是多子运动，所以随外加电压的增加，扩散电流显著增加；反之施加反向偏压－V时，外加电场与自建电场一致，使势垒升高，漂移运动成了主要方面，由于是少子运动，所以反向电流很小，且不随反向电场的增大有很大增加。 四、半导体的界面特性 在正向偏压V下，流过p-n结的电流密度为： 2、p-n结的光生伏特效应 实际p-n结的反向电流与材料受到的污染、含有缺陷或外界作用有关，常常导致js的实际值大于理论值。 如光照射p-n结，在空间电荷区外一个扩散长度范围内光激发的电子-空穴对，使到达反向p-n结空间电荷区边界少子浓度增高。可形成较大的光致反向电流，这正是p-n结光生伏待效应的基本原理。 同样PnP晶体管也应用了增大反向少子电流的原理. 四、半导体的界面特性 在半导体片上淀积一层金属，形成紧密的接触，称为金属-半导体接触; 最重要的两种类型接触; 一类是半导体掺杂浓度较低的情况，其伏安特性与p-n结类似，具有单向导电性，这种金属-半导体接触称为肖持基势垒二极管(简称SBD)； 另一类是半导体掺杂浓度很高的情况．伏安特性遵从欧姆定律，这种金属-半导体接触称为欧姆接触。 3、金属-半导体界面 四、半导体的界面特性 导电机理: 以金属和N型半导体的SBD为例,设金属费米能级位置比N型半导体费米能级低，两者接触达到平衡时的情况，统一的费米能级金属表面带负电、负电荷集中在表面很薄的一层．半导体表面带正电，正电荷区较宽，在半导体一侧，类似于单边突变结，自建场由半导体指向金属，半导体中电子势垒的高度为qVD，而金属的势垒高度: 与