六单元半导体界面及接触现象pn结教程.ppt

对p+n结 ?只适用于低频情况 ?大正向偏压时，扩散电容起主要作用 VBR 五、p-n结击穿特性 反向电压使结区电场达105V/cm，反向饱和电流不再恒定，而是突然增加，这种现象称为p-n结的击穿，对应的电压称为击穿电压，用VBR表示。 V J Js 击穿时，载流子数目增加，电流增大 击穿机理 雪崩击穿 隧道击穿 热电击穿 1．雪崩击穿 雪崩击穿一般发生在缓变结中，而且掺杂浓度比较低。 2．隧道击穿 ? Ecn Ecp Evp 2 1 2 2 1 2 p n + （齐纳击穿） 载流子的倍增 大反向偏压下pn结的带图 Eg 反向V?, 势垒?， 能带越倾斜 Eg小、突变结、掺杂高的缓变结是导致隧道击穿的因素。 3．热电击穿 热击穿容易发生的条件是Eg小，散热不好的器件。 T ?, Js 按指数规律迅速上升 六、隧道结 重掺杂 1019/cm3 ， 这种强p型、强n型材料形成的p+-n+ 结称为隧道结。 1．隧道结的能带结构 Ec Ev EF + p n xD Eg － 热平衡 p n 2．隧道结的伏安特性 J V Jp Jv Vv Vp 0 5 4 3 2 1 Ecp Evp EF Eg (1) 平衡隧道结 P N (2) 正偏，电压0＜V＜Vp Evp Eg Ecp EFp 正向隧道电流 EF上空态， EF下占满 ?J=0 Ecn Evn Evn Ecn V?, n区能带相 对于p区升高qV?。 两边能量相等的量 子态中， p n EFn EFp上空态， EFn下占满 Evp Eg Ecp (3)当V=Vp时 (EF)p=Ecn EFp Evn Ecn n p 结两边能量相同的量子态达最多 EFn Evp Eg Ecp (4) 正偏V继续?，(EF)nEvp，(EF)pEcn EFP Evn Ecn EFn V ?, 势垒高度?， P区禁带 ?结两边能量相同的量子态减少 (5) 当V=VV时，Ecn=Evp Evp Eg Ecp (6) V再?，扩散电流为主，与普通的 p-n结一样 谷值电流 EFP EFn Ecn Evn 结两边无能量相同的量子态 (7) 加反向电压，势垒加高 反向隧道电流 Ecp Evp Ecn Evn EFn EFP 结两边能量相同的量子态范围内： EFp下满态 EFn上空态 ?隧道结利用多子隧道效应工作 ?隧道二极管的噪声低 ?隧道二极管的工作温度范围大 ?隧道二极管可在极高频率下工作 用处 微波放大、高速开关、激光振荡源等 三、非平衡p-n结 1．正偏p-n结的能带(P+,N-) P N Ε内 + － qVD q(VD－V) 正向偏压时pn结 势垒的变化 ?外加正偏压基 本落在势垒区 ?势垒区宽度? 正向偏压 与内建电场相反 势垒区电场 宽度 高度 扩散大于漂移 当电流由P区欧姆接触进入时，几乎全部为空穴的漂移电流；空穴在外电场作用下向电源负极漂移； 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。 空穴沿x方向进入电子扩散区以后，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续沿x方向漂移，到达-xp的空穴电流，通过势垒区； 若忽略势垒区中的载流子产生-复合，则可看成它全部到达了xn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地复合，使空穴扩散电流不断地转化为电子漂移电流； 直到空穴扩散区以外，空穴扩散电流全部转化为电子漂移电流。忽略了少子漂移电流后，电子电流便构成了流出N区欧姆接触的正向电流。 P 电子扩散区 结区 空穴扩散区 N xp’ xp xn xn’ 非子的电注入 pn结正偏时，外场消弱势垒区内建电场， 势垒区扩散占优势，使p区和n区有少子 注入，形成正向扩散电流。 2．正偏时载流子的运动和电流成分 Jn Jp x J xn’ xn xp xp’ 通过pn结的总 J： J = Jp扩（n 区边界）+ Jn扩（ p 区边界） 3．正偏下的电流密度 其中： pn结的正向电 流电压关系式 对于p＋n结： 对于pn＋结： 例如，室温：KT=0.026eV 当V=0.26V ： V J Js pn结的 J－V 曲线 4．反偏时的p-n结(P－,N＋) qVD q(VD － V) 反向偏压时pn结势垒的变化 P N Ε内 － ＋ V0 势垒区? 漂移扩散 ?势垒区变宽 ?漂移流大于扩散流 ?由漂移作用形成的反向电流很小