第6章pn结ppt课件.PPTVIP

第6章 pn结;p型、n型半导体;;一、pn结的形成和杂质分布;用扩散法制备的p-n结一般为缓变结，杂质浓度逐渐变化。高表面浓度的浅扩散结一般认为是突变结;3．生长法（外延） ;;IC中的PN结; 1.空间电荷层 两边的载流子分别往对方扩散 → 电离杂质中心形成空间电荷 → 产生电场 内建电场： n区指向p区，从正电荷指向负电荷的电场，引起载流子的漂移运动 电场阻挡载流子的扩散 空间电荷层又称为势垒层;空间电荷区;;;2、内建电场 E(x) 空间电荷 空间电荷的产生？ 空间电荷密度的分布为 ρ(x) = q ( p – n + ND – NA ) ≈ q ( ND – NA ) . 泊淞方程： d2ψ/dx2 = - ρ(x) /ε, E(x) = - dψ/ dx ； 内建电场的分布决定于掺杂 浓度的分布. 最大电场Em在冶金界面处。; 对于突变结，当采用耗尽近似后，在 N 区的耗尽区中，泊松方程为：;; 在 x = 0 处，内建电??达到最大值，; 最大电场Em在结界面处 p-n结的内建电势VD也就是p型半导体和n型半导体之间的接触电势差。 内建电势相应的能量q VD ，也就是势垒层（空间电荷层）所造成的势垒高度; 对内建电场作积分可得 内建电势（也称为 扩散电势）Vbi ;并可进一步求出内建电势为:;;VD与pn结两边的掺杂浓度(ND、NA)、温度(T、 ni)、材料的禁带宽度(ni)有关: 掺杂浓度越高，接触电势差VD越大； 禁带宽度越大，ni越小， VD越大； Eg锗Eg硅，所以VD锗 VD硅 一般室温下 VD锗≈0.32V，VD硅≈0.7V;例1　计算pn结中的内建电势差。 硅pn结的环境温度为T=300K，掺杂浓度分别为 NA＝1X1018cm-3,ND=1X1015cm-3。假设ni=1.5X1010cm-3。　;;;;平衡状态下的 p-n 结能带图;接触前：;总电子电流密度：;可得：;p-n 结的能带图（热平衡情况）;五、pn结的载流子分布;取p区势垒边界-Xp处电势为0。势垒区内任一点x处：;边界条件：;势垒区中，电子、空穴服从玻耳兹曼分布 多子浓度指数衰减，与相应的n区，p区体内相比，多子好像被耗尽一样，因此一般常把势垒区叫耗尽区 认为其中载流子浓度很小，可以忽略，空间电荷区密度就等于电离杂质浓度。;—— 注入的少数载流子：浓度分布和扩散电流 ——;补充1. T＝300K时，计算如下条件下硅pn结的内建电势差：NA=5X1017cm-3,ND=1016cm-3.;;;;由于外加正向偏压的作用使非平衡载流子进入半导体的过程称为非平衡载流子的电注入.;正偏pn结 (a)各区示意图； (b)非平衡少子分布； (c)电流密度分布； (d)能带图;正偏时能带图; 因为扩散区比势垒区大，准费米能级的变化主要发生在扩散区，在势垒区中的变化则略而不计，所以在势垒区内准费米能级保持不变。;2．反偏pn结 ; 外电场加强内电场;(a)各区示意图； (b)非平衡少子分布； (c)电流密度分布； (d)能带图;反偏时：EFnEFp;1.边界处注入的非平衡少子浓度Δnp,Δpn;注意:;1.边界处注入的非平衡少子浓度Δnp,Δpn;则p区中注入少子为：;2. 非平衡少子在扩散区的浓度分布;解方程并利用边界条件，得到：;讨论： V=0时，Δnp(x)= Δpn(x)=0，没有非平衡载流子注入； V0时，非平衡载流子浓度随偏压呈指数式增大； V0时，且|qV|k0T时，exp(qV/ k0T) →0 ;3. 少子扩散电流密度;4. 通过pn结的总电流密度;另一种思路求解电流电压方程;－－理想pn结模型的电流电压方程式 又称为肖克莱方程式;①pn结具有单向导电性;;例2 室温下，两个理想P+n结突变结二极管除N区杂质浓度以外都完全相同，其中杂质浓度ND1＝1015/cm3, ND2＝1016/cm3。;解: 查得 ND = 1016 cm-3 时的μP = 500 cm2/ V-s , NA = 5×1018 cm-3 时的μn = 180 cm2/ V-s , 得到 DP = 0.026×500 = 13 cm2/ s , Dn = 0.026×180 = 4.7cm2/ s . 则 LP = (DPτP )1/2