光辐射及半导体基础（2）.pptVIP

由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散 电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。 2.2.3 PN结的反向击穿 反向击穿 PN结上所加的反向电压达到某一数值时，反向电流激增的现象 雪崩击穿 当反向电压增高时，少子获得能量高速运动，在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反应，象雪崩一样，使反向电流激增。 齐纳击穿 当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子拉出来，形成大量载流子,使反向电流激增。 击穿是可逆。 掺杂浓度小的 二极管容易发生 击穿是可逆。 掺杂浓度大的 二极管容易发生 不可逆击穿 — 热击穿 PN结的电流或电压较大，使PN结耗散功率超过极限值，使结温升高，导致PN结过热而烧毁 ? 势垒电容CB 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。 2.2.4 PN结的电容效应 扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。 ? 扩散电容CD PN结电容效应 当外加正向电压 不同时，扩散电流即 外电路电流的大小也 就不同。所以PN结两 侧堆积的多子的浓度 梯度分布也不同，这 就相当电容的充放电 过程。势垒电容和扩 散电容均是非线性电 容。 小 结 1、 半导体中有两种载流子：电子和空穴。载流子有两种运动方式：扩散运动和漂移运动。 本征激发使半导体中产生电子-空穴对，但它们的数目很少，并与温度有密切关系。 2、在本征半导体中掺入不同的杂质,可分别形成P型和N型半导体,它们是各种半导体器件的基本材料。? 3、PN结是各种半导体器件的基本结构形式，如二极管由一个PN结加引线组成。因此，掌握PN结的特性对于了解和使用各种半导体器件有着十分重要的意义。 PN结的重要特性是单向导电性。 半导体对光的吸收 物质对光吸收的一般规律 光波入射到物质表面上，用透射法测定光通量的衰减时，发现通过路程dx的光通量变化dΦ与入射的光通量Φ和路程dx的乘积成正比，即 式中，α称为吸收系数。 如图1-8所示，利用初始条件x=0时 ，解这个微分方程，可以找到通过x路程的光通量为 （1-64） 可见，当光在物质中传播时，透过的能量衰减到原来能量的e-1时所透过的路程的倒数等于该物质的吸收系数α，即 （1-65） 另外，根据电动力学理论，平面电磁波在物质中传播时，其电矢量和磁矢量都按指数规律 exp(-ωμxc-1)衰减。 （1-66） 乘积的其实数部分应是辐射通量随传播路径x的变化关系。即 式中，μ称为消光系数。 由此可以得出 （1-67） 半导体的消光系数μ与入射光的波长无关，表明它对愈短波长的光吸收愈强。 半导体对光的吸收 在不考虑热激发和杂质的作用时，半导体中的电子基本上处于价带中，导带中的电子很少。当光入射到半导体表面时，原子外层价电子吸收足够的光子能量，越过禁带，进入导带，成为可以自由运动的自由电子。 同时，在价带中留下一个 自由空穴，产生电子-空穴 对。如图1-9所示，半导体 价带电子吸收光子能量跃 迁入导带，产生电子空穴 对的现象称为本征吸收。 显然，发生本征吸收的条件是光子能量必须大于半导体的禁带宽度Eg，才能使价带EV上的电子吸收足够的能量跃入到导带底能级EC之上，即 发生本征吸收的光波长波限 只有波长短于的入射辐射才能使器件产生本征吸收，改变本征半导体的导电特性。 导 带 价 带 Eg 2.杂质吸收 N型半导体中未电离的杂质原子（施主原子）吸收光子能量hv。若hv大于等于施主电离能ΔED，杂质原子的外层电子将从杂质能级（施主能级）跃入导带，成为自由电子。 同样，P型半导体中，价带上的电子吸收了能量hv大于ΔEA（受主电离能）的光子后，价电子跃入受主能级，价带上留下空穴。相当于受主能级上的空穴吸收光子能量跃入价带。 这两种杂质半导体吸收足够能量的光子，产生电离的过程称为杂质吸收。 显然，杂质吸收的长波限 （1-71） （1-72） 由于EgΔED或ΔEA ，因此，杂质吸收的长波长总要长于本征吸收的长波长。杂质吸收会改变半导体的导电特性，也会引起光电效应。 3. 激子吸收 当入射到本征半导体上的光子能量hv小于Eg，或入射到杂质半导体上的光子能量hv小于杂质电离能（ΔED或ΔEA）时，电子不产生能带间的跃迁成为自