半導體物理學第六章

1、 半導體中的電子狀態(tài)半導體中的電子狀態(tài) 半導體中雜質(zhì)和缺陷能級半導體中雜質(zhì)和缺陷能級 半導體中載流子的統(tǒng)計分布半導體中載流子的統(tǒng)計分布 半導體的導電性半導體的導電性 非平衡載流子非平衡載流子 pn結結 金屬和半導體的接觸金屬和半導體的接觸 半導體表面與半導體表面與MIS結構結構 半導體異質(zhì)結構半導體異質(zhì)結構半導體物理學結型器件種類 PN結型二極管（第六章）(b) (c)PN結二極管原理性結構(a), 符號(b)與I-V特性曲線(c) 1(DSDkTqVeII肖特基結二極管（第七章）金屬與半導體接觸金屬金屬與摻雜半導體接觸形成的肖特基二極管的工作原理 基于GaAs和InP的MESFET和HEMT

2、器件中，其金屬柵極與溝道材料之間形成的結就屬于肖特基結。因此，它們的等效電路中通常至少包含柵-源和柵-漏兩個肖特基結二極管。MOS晶體管的基本結構（第八章）MOS管的物理結構與電路符號歐姆接觸第6章 pn 結 6.1 pn結及其能帶圖6.2 pn結電流電壓特性6.3 pn結電容6.4 pn結擊穿6.5 pn結隧道效應 6.1.1PN結形成及雜質(zhì)分布結形成及雜質(zhì)分布 PNPN結是同一塊半導體晶體內(nèi)結是同一塊半導體晶體內(nèi)P P型區(qū)和型區(qū)和N N型區(qū)之間的型區(qū)之間的邊界邊界 PNPN結是各種半導體器件的基礎，了解它的工作原結是各種半導體器件的基礎，了解它的工作原理有助于更好地理解器件理有助于更好地理

3、解器件 典型制造過程典型制造過程合金法合金法擴散法擴散法1.合金法液體為鋁硅熔融體液體為鋁硅熔融體 ，p型半導體為高濃度鋁的型半導體為高濃度鋁的硅薄層硅薄層合金結的雜質(zhì)分布：合金結的雜質(zhì)分布：NDNAN(x)xp n單邊突變結（單邊突變結（ P+-n結）：結）：由兩邊雜質(zhì)濃度相差很大由兩邊雜質(zhì)濃度相差很大的的p、n型半導體形成的型半導體形成的p-n結為單邊突變結。結為單邊突變結。p區(qū)的施主雜質(zhì)濃度為區(qū)的施主雜質(zhì)濃度為1019cm-3 ,而而n區(qū)的雜質(zhì)濃度區(qū)的雜質(zhì)濃度為為1016cm-3 。淺結、重摻雜（淺結、重摻雜（3um） 上面兩種分布在實際器件中最常見也最容易進行物理分析6.1.2空間電荷

4、區(qū) 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 在在PN結的交界面附近，由于擴散運動使結的交界面附近，由于擴散運動使電子與空穴復合，多子的濃度下降，則在電子與空穴復合，多子的濃度下降，則在P 區(qū)和區(qū)和N 區(qū)分區(qū)分別出現(xiàn)了由不能移動的帶電離子構成的區(qū)域，這就是空間別出現(xiàn)了由不能移動的帶電離子構成的區(qū)域，這就是空間電荷區(qū)，又稱為阻擋層，耗盡層，墊壘區(qū)。電荷區(qū)，又稱為阻擋層，耗盡層，墊壘區(qū)。 擴散運動擴散運動 P型和型和N型半導體結合在一起時，由于交界型半導體結合在一起時，由于交界面（接觸界）兩側(cè)多子和少子的濃度有很大差別，面（接觸界）兩側(cè)多子和少子的濃度有很大差別，N區(qū)的區(qū)的電子必然向電子必然向P區(qū)運動，區(qū)運動，P區(qū)的

5、空穴也向區(qū)的空穴也向N區(qū)運動，這種由于區(qū)運動，這種由于濃度差而引起的運動稱為擴散運動。濃度差而引起的運動稱為擴散運動。 漂移運動漂移運動 在擴散運動同時，在擴散運動同時，PN結構內(nèi)部形成電荷結構內(nèi)部形成電荷區(qū)，（或稱阻擋層，耗盡區(qū)等），在空間電荷區(qū)形成的內(nèi)區(qū)，（或稱阻擋層，耗盡區(qū)等），在空間電荷區(qū)形成的內(nèi)部形成電場的作用下，少子會定向運動產(chǎn)生漂移，即部形成電場的作用下，少子會定向運動產(chǎn)生漂移，即N區(qū)區(qū)空穴向空穴向P區(qū)漂移，區(qū)漂移，P區(qū)的電子向區(qū)的電子向N區(qū)漂移。區(qū)漂移。 內(nèi)部電場內(nèi)部電場由空間電荷區(qū)（即由空間電荷區(qū)（即PN結的交界面兩結的交界面兩側(cè)的帶有相反極性的離子電荷）將形成由側(cè)的帶有相反

6、極性的離子電荷）將形成由N區(qū)指區(qū)指向向P區(qū)的電場區(qū)的電場E，這一內(nèi)部電場的作用是阻擋多子，這一內(nèi)部電場的作用是阻擋多子的擴散，加速少子的漂移。的擴散，加速少子的漂移。 耗盡層耗盡層在無外電場或外激發(fā)因素時，在無外電場或外激發(fā)因素時，PN結處結處于動態(tài)平衡沒有電流，內(nèi)部電場于動態(tài)平衡沒有電流，內(nèi)部電場E為恒定值，這為恒定值，這時空間電荷區(qū)內(nèi)沒有載流子，故稱為耗盡層。時空間電荷區(qū)內(nèi)沒有載流子，故稱為耗盡層。PN結的形成結的形成6.1.3PN結能帶圖：結能帶圖： 平衡的平衡的PN結，結，沒有外加偏壓沒有外加偏壓載流子漂移載流子漂移(電流電流)和擴散和擴散(電流電流)過程保持平衡過程保持平衡(相等相等

7、)，形成自建場和自建勢形成自建場和自建勢圖圖6-8電勢電勢電子勢能電子勢能(能帶能帶) 費米能級費米能級EF：反映了電子的填充水平某一個能：反映了電子的填充水平某一個能級被電子占據(jù)的幾率為：級被電子占據(jù)的幾率為： E=EF時，能級被占據(jù)的幾率為時，能級被占據(jù)的幾率為1/2 本征費米能級位于禁帶中央本征費米能級位于禁帶中央kTEEFeEf/ )(11)(自建勢自建勢qVD平衡時的能帶結構平衡時的能帶結構0 xEnjFnn0 xEpjFpp0dxdEF費米能級平直費米能級平直6.1.4PN結接觸電勢差：內(nèi)建電勢結接觸電勢差：內(nèi)建電勢 EC EfnEVEC Ef pEV- - - - - -EF q

8、VDqVDx空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電勢由空間電荷區(qū)內(nèi)電勢由 np區(qū)不斷下降，區(qū)不斷下降，空間電荷區(qū)內(nèi)電勢能由空間電荷區(qū)內(nèi)電勢能由np區(qū)不斷升高，區(qū)不斷升高，p區(qū)能帶相對向上移，區(qū)能帶相對向上移， n區(qū)能帶向下移，至費米能區(qū)能帶向下移，至費米能級相等，級相等， n-p結達平衡狀態(tài)，沒有凈電流通過。結達平衡狀態(tài)，沒有凈電流通過。 勢壘高度：勢壘高度：qVD = EFnEFpxV(x)VD-xpxnx qVDqVDxqV(x)0 xn-xp接觸電勢差)(ln)(ln)(1/;)(1ln)exp();exp(200002000000000iADpnFpFnDAipDnFpFnpniFpipi

9、FninFpFnDnNNqTknnqTkEEqVNnnNnEETknnTkEEnnTkEEnnEEqVPNPN結的內(nèi)建電結的內(nèi)建電勢決定于摻雜勢決定于摻雜濃度濃度N ND D、N NA A、材料禁帶寬度材料禁帶寬度以及工作溫度以及工作溫度2lnADDiN NkTVqn式中 NA：P區(qū)摻雜濃度； ND：N區(qū)摻雜濃度 ni ：本征載流子濃度 0.026 300tkTVVTKq對于鍺PN結，通?？扇D=0.30.4V對于硅PN結，通?？扇?VD=0.60.7V熱電壓熱電壓圖圖6-8電勢電勢電子勢能電子勢能(能帶能帶)6.1.5p-n載流子的分布載流子的分布 當電勢零點取當電勢零點取x=-xx=-x

10、p p處處, ,則有則有: : 勢壘區(qū)的載流子濃度為勢壘區(qū)的載流子濃度為: :)()(xqVExECCCCpExExx)(,DCCnqVExExx)(,()()()0( )=CFCFEqVxEEEqVxkTkTkTCCqVxkTpn xNeNeenekTxqVpkTxqVEEVepeNxpVF)(0)()()()(xqVExEVV即有即有:00 pppxxnnpp 00 nnnxxnnpp0000 DDeVeVkTkTnpnpnn epp e( )( )00( ) ( )npeV xeV xkTkTppxxxn xn ep xp e圖6-9 平衡平衡p-np-n結載流子濃度分布的基本特點結載流

11、子濃度分布的基本特點: : 同一種載流子在勢壘區(qū)兩邊的濃度關同一種載流子在勢壘區(qū)兩邊的濃度關系服從玻爾茲曼關系系服從玻爾茲曼關系 處處都有處處都有n np=np=ni i2 2 勢壘區(qū)是勢壘區(qū)是高阻區(qū)高阻區(qū)( (常稱作常稱作耗盡層耗盡層) )突變結Step Junction能帶能帶內(nèi)建電勢內(nèi)建電勢電場電場電荷電荷第6章 pn 結 6.1 pn結及其能帶圖6.2 pn結電流電壓特性6.3 pn結電容6.4 pn結擊穿6.5 pn結隧道效應 6.2 pn結電流電壓特性結電流電壓特性 V 0條件下的突變結：條件下的突變結：外加電壓全部降落在外加電壓全部降落在耗盡區(qū)，耗盡區(qū)，V V大于大于0 0時，使

12、耗盡區(qū)勢壘下降，時，使耗盡區(qū)勢壘下降，反之上升。即耗盡區(qū)兩側(cè)電壓為反之上升。即耗盡區(qū)兩側(cè)電壓為V VD D-V-V正偏能帶圖正偏能帶圖反偏反偏PN結結準費米能級準費米能級正偏：少子擴散；反偏：少子抽取正偏：少子擴散；反偏：少子抽取x xn np p0 0p pn n( (x x) )p pn n0 0n np p( (x x) )x xp pn n( (x xn n) )n np p( (- -x xp p) )n np p( (x x) )p pn n( (x x) )p pn n0 0n np p0 06.2.2理想二極理想二極管方程管方程 PN結正偏時理想二極管方程理想二極管方程 PN結

13、反偏時定量方程定量方程 基本假設P P型區(qū)及型區(qū)及N N型區(qū)摻雜均勻分布，是突變結。型區(qū)摻雜均勻分布，是突變結。電中性區(qū)寬度遠大于擴散長度。電中性區(qū)寬度遠大于擴散長度。冶金結為面積足夠大的平面，不考慮邊緣效應冶金結為面積足夠大的平面，不考慮邊緣效應，載流子在，載流子在PNPN結中一維流動。結中一維流動?？臻g電荷區(qū)寬度遠小于少子擴散長度空間電荷區(qū)寬度遠小于少子擴散長度, , 不考慮不考慮空間電荷區(qū)的產(chǎn)生空間電荷區(qū)的產(chǎn)生復合作用。復合作用。P P型區(qū)和型區(qū)和N N型區(qū)的電阻率都足夠低，外加電壓全型區(qū)的電阻率都足夠低，外加電壓全部降落在過渡區(qū)上。部降落在過渡區(qū)上。PN結電流結電流1/00kTqVPn

14、PNpNeLpDLnDqAIAIJeJJeIIkTqVskTqV/,11/s，肖克萊方程：單向?qū)щ娦孕た巳R方程：單向?qū)щ娦訮N結電流與溫度的關系結電流與溫度的關系6.2.3與理想情況的偏差與理想情況的偏差* 大注入效應大注入效應 空間電荷區(qū)的復合空間電荷區(qū)的復合單向?qū)щ娦詰脝蜗驅(qū)щ娦詰?整流二極管整流二極管 檢波二極管檢波二極管 開關二極管開關二極管第6章 pn 結 6.1 pn結及其能帶圖6.2 pn結電流電壓特性6.3 pn結電容6.4 pn結擊穿6.5 pn結隧道效應 電容6.3.1 PN6.3.1 PN結電容的來源結電容的來源兩端有等效電容，此電容由兩部分組成：兩端有等效電容，此電

15、容由兩部分組成：勢壘電容勢壘電容CB和和擴散電容擴散電容CD。勢壘電容：勢壘電容：勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當電壓變化時，勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當電壓變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是的電容是勢壘電容勢壘電容。擴散電容：擴散電容：為了形成正向電流為了形成正向電流（擴散電流），注入（擴散電流），注入P 區(qū)的少子區(qū)的少子（電子）在（電子）在P 區(qū)有濃度差，越靠區(qū)有濃度差，越靠近近PN結濃度越大，即在結濃度越大，即在P 區(qū)有電區(qū)有電子的積累。同理，在子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累

16、的電荷積累。正向電流大，積累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴散多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴散電容電容CD。P+-NCB在正向和反向偏置時均不能忽略。而反向偏置在正向和反向偏置時均不能忽略。而反向偏置時，由于載流子數(shù)目很少，擴散電容可忽略。時，由于載流子數(shù)目很少，擴散電容可忽略。 電容效應電容效應 p-np-n結有存儲和釋放電荷的能力。結有存儲和釋放電荷的能力。勢壘電容勢壘電容 C CT T 當當p-np-n結上外加電壓變化，勢壘區(qū)的結上外加電壓變化，勢壘區(qū)的空間電荷相應變化所對應的電容效應空間電荷相應變化所對應的電容效應. . 當當p-np-n結上外加的正向電壓增加，勢壘結上外加的正向電壓增加，

17、勢壘高度降低高度降低空間電荷減少空間電荷減少 當當p-np-n結上外加的反向電壓增加，勢壘結上外加的反向電壓增加，勢壘高度增加高度增加空間電荷增加空間電荷增加擴散電容擴散電容 C CD D 當當p-np-n結上外加電壓變化，擴散區(qū)的結上外加電壓變化，擴散區(qū)的非平衡載流子的積累相應變化所對應的非平衡載流子的積累相應變化所對應的電容效應電容效應. . 當正向偏置電壓增加，擴散區(qū)內(nèi)的非平當正向偏置電壓增加，擴散區(qū)內(nèi)的非平衡載流子積累很快增加衡載流子積累很快增加 在反向偏置下，非平衡載流子數(shù)變化不在反向偏置下，非平衡載流子數(shù)變化不大大, ,擴散電容擴散電容 可忽略可忽略 p-np-n結的勢壘電容和擴散

18、電容都隨外加電結的勢壘電容和擴散電容都隨外加電壓而變化壓而變化- - C CT T 和和C CD D都是微分電容都是微分電容: : C=dQ/dV C=dQ/dV6.3.2 6.3.2 突變結的勢壘電容突變結的勢壘電容1. 1.突變結的電場電勢分布突變結的電場電勢分布耗盡層近似下的耗盡層近似下的空間電荷空間電荷: : 突變結突變結+ +雜質(zhì)完全電離雜質(zhì)完全電離+ +耗盡近似耗盡近似的條件下，勢壘的條件下，勢壘區(qū)中電離雜質(zhì)組成空間電荷區(qū)中電離雜質(zhì)組成空間電荷 勢壘寬度勢壘寬度: X: XD D= = X Xp p +X+Xn n 勢壘區(qū)中勢壘區(qū)中單位面積的單位面積的正負電荷總量相等：正負電荷總量

19、相等： | |Q Q|=eN|=eNA AX Xp p =eN=eND DX Xn n( )(0)( )(0)ApDnxqNxxxqNxx 勢壘區(qū)勢壘區(qū)能帶能帶空間電荷分布空間電荷分布矩形近似矩形近似 電場電場: : 泊松方程：泊松方程： 積分一次積分一次22021202220( ),(0)( )(0)ApDnd Vxdxd VqNxxdxd VqNxxxdx 110220()(0)( )()(0)ApDndVqNxCxxdxdVqNxxCxxdx 利用邊界條件定出待定常數(shù)得電場利用邊界條件定出待定常數(shù)得電場在在x=0 x=0處處, , 內(nèi)建電場數(shù)值達到極大內(nèi)建電場數(shù)值達到極大 電勢電勢: :

20、 再積分一次得電勢分布（拋物線），利用邊界條件確再積分一次得電勢分布（拋物線），利用邊界條件確定待定系數(shù)定待定系數(shù)000ADMpnQeNeNExx110220()( )(0)()( )(0)AppDnnqNxxdVE xxxdxqNxxdVExxxdx 2110022200( )(0)2( )(0)22ApApDnDnqN xqNV xxxDxxqN xqNV xxxDxx 空間電荷空間電荷電場電場電勢電勢能帶能帶2. 2.突變結的勢壘寬度寬度突變結的勢壘寬度寬度: : 上面公式得到上面公式得到 利用X XD D= = X Xp p +X+Xn n和和N NA AX Xp p =N=ND DX

21、 Xn n可得可得 代入上式代入上式220()2ApDnDq N xN xV,ADDDnpDADAN XN XxxNNNN20()2ADDDDAN NqVXNN 則，則，平衡平衡p-np-n結結 當加外電壓當加外電壓V V ,ADDDnpDADAN XN XxxNNNN1202()DADDDANNXVeN N1202()()DADDDANNXVVeN N1202=()()DADnDDAeN NQ eN XVVNN 單邊突變結單邊突變結: : 勢壘區(qū)主要在輕摻雜勢壘區(qū)主要在輕摻雜一邊一邊 對對p p+ +-n-n結結, N, NB B代表代表N ND D 對對p-np-n+ +結結, N, NB

22、 B代表代表N NA AnDxX1202()DDBVVXeNpDxXP+-n結結3. 3. 突變結的突變結的勢壘電容勢壘電容 反向偏壓下的反向偏壓下的突變結突變結勢壘電容勢壘電容(單位面積單位面積):1202()()DATDADeN NCdQAdVNNVV0TDCAX1/21()TDCVV 幾點說明幾點說明: p-np-n結的結的勢壘電容可以等效為一個平行勢壘電容可以等效為一個平行板電容器板電容器,勢壘寬度即兩平行極板的距離勢壘寬度即兩平行極板的距離 這里求得的勢壘電容這里求得的勢壘電容, 主要適用于主要適用于反向反向偏置情況偏置情況單邊突變結的勢壘電容單邊突變結的勢壘電容:120002()B

23、TDBeNCAVVXd6.3.4 6.3.4 擴散電容擴散電容 擴散電容擴散電容C CD D 當當p-np-n結上外加電壓變化，結上外加電壓變化，擴散區(qū)的非平衡載流子的積累相應變化擴散區(qū)的非平衡載流子的積累相應變化所對應的電容效應所對應的電容效應. . ( ) ( )DpppxnxpDnnnCdQQp x edxAdVCdQQn x edxAdV 少子在擴散區(qū)中的分布少子在擴散區(qū)中的分布: : 在在空穴擴散區(qū)空穴擴散區(qū) 在在電子擴散區(qū)電子擴散區(qū)0()(), ()(1)nx xeVLkTnnnp xp xep xpe 0( )(), ()(1)Px xeVLkTpppn xnxenxne PN結

24、的結的 單位面積微分擴散電容為單位面積微分擴散電容為: 擴散電容在正向偏壓和低頻下起重要擴散電容在正向偏壓和低頻下起重要的作用的作用.2200()eVDppDnnDkTCe n LCe p LCeAAAkTkT第6章 pn 結 6.1 pn結及其能帶圖6.2 pn結電流電壓特性6.3 pn結電容6.4 pn結擊穿6.5 pn結隧道效應 6.4 p-n6.4 p-n結擊穿結擊穿 現(xiàn)象現(xiàn)象: 對對p-n結施加反向偏壓時結施加反向偏壓時, 當反向偏壓當反向偏壓增大到某一數(shù)值時增大到某一數(shù)值時, 反向電流密度突然開反向電流密度突然開始迅速增大始迅速增大. 發(fā)生擊穿時的反向偏壓發(fā)生擊穿時的反向偏壓- p

25、-n結的擊結的擊穿電壓穿電壓. p-np-n結擊穿的基本原因結擊穿的基本原因: 載流子數(shù)目的突然增加載流子數(shù)目的突然增加.反向擊穿反向擊穿 電流急劇增加電流急劇增加 可逆可逆 雪崩倍增雪崩倍增 齊納過程齊納過程 不可逆不可逆 熱擊穿熱擊穿 擊穿機理擊穿機理: : 雪崩擊穿雪崩擊穿強電場下的碰撞電離強電場下的碰撞電離, 使載使載流子倍增流子倍增 隧道擊穿隧道擊穿大反向偏壓下大反向偏壓下, 隧道貫穿使隧道貫穿使反向電流急劇增加反向電流急劇增加 熱電擊穿熱電擊穿不斷上升的結溫不斷上升的結溫, 使反向飽使反向飽和電流持續(xù)地迅速增大和電流持續(xù)地迅速增大雪崩倍增雪崩倍增齊納過程齊納過程 產(chǎn)生了隧穿效應產(chǎn)生

26、了隧穿效應ELhEmPg324exp*隧道穿透幾率隧道穿透幾率P P：qEELg隧道長度隧道長度: :隧道擊穿隧道擊穿: VB6Eg/q第6章 pn 結 6.1 pn結及其能帶圖6.2 pn結電流電壓特性6.3 pn結電容6.4 pn結擊穿6.5 pn結隧道效應 隧道效應隧道效應 隧道效應隧道效應能量低于勢壘的粒子有一定能量低于勢壘的粒子有一定的幾率穿越勢壘的幾率穿越勢壘. 這是一種量子力學效應這是一種量子力學效應 隧穿幾率隧穿幾率與勢壘的高度有關與勢壘的高度有關, 與勢壘的與勢壘的厚度有關厚度有關. 隧道二極管隧道二極管利用量子隧穿現(xiàn)象的器件利用量子隧穿現(xiàn)象的器件效應效應6.5 pn結隧道效

27、應結隧道效應 蒲松齡，聊齋志異 嶗山道士的故事 日本科學家：江崎玲於奈Leo Esaki 1958年江崎博士發(fā)表了關于隧道二極管的論文。這種固體內(nèi)部的隧道效果后被叫做“隧道分光學”，開拓了新的固體內(nèi)部電子的研究領域。同時以江崎博士名字命名的“江崎二極管”的電子素子的開發(fā)研究也得以廣泛進行。從此金屬和超導體的隧道現(xiàn)象的研究有了飛躍發(fā)展。由于這一成就，江崎博士與B.D.約瑟夫森和I.賈埃佛共同獲得1973年度諾貝爾物理學獎。江崎博士于1969年預言：如果能夠在半導體單結晶里人工賦予一次元的周期構造變化，就會變成超晶格半導體，出現(xiàn)微分逆抵抗效果等奇特的現(xiàn)象。江崎博士開發(fā)了極為精密的分子束外延法(MB

28、E：Molecular Beam Epitaxy)，1972年在III-V族半導體中實現(xiàn)了超晶格半導體構造，并發(fā)現(xiàn)了先前預言的負性電阻和諧振隧道效應。同時江崎博士提出的超晶格概念為今后從半導體到金屬甚至磁性材料等廣泛的研究領域開拓了新的道路，發(fā)展了對未知特性的研究，為人類的發(fā)展作出了巨大貢獻。1998年江崎博士因此貢獻獲得日本國際獎。1947東京大學理學部物理學科畢業(yè)1947神戶工業(yè)株式會社1956東京通信工業(yè)株式會社（現(xiàn)索尼公司）1959理學博士（東京大學）1960美國IBMT. J. Watson研究所1975日本學士院會員1992-1998筑波大學校長2000芝浦工業(yè)大學校長 p-n p

29、-n結勢壘區(qū)的隧道貫穿結勢壘區(qū)的隧道貫穿隧道結隧道結 p-np-n結結, , 兩邊都是重摻雜兩邊都是重摻雜( (簡并情況簡并情況), ), 以至在以至在p p區(qū)區(qū), E, EF F進入價帶進入價帶; ; 在在n n區(qū)區(qū), E, EF F進入導帶進入導帶. .結果結果: n n區(qū)的導帶底部與區(qū)的導帶底部與p p區(qū)的價帶頂部在能量區(qū)的價帶頂部在能量上發(fā)生交疊上發(fā)生交疊 勢壘十分薄勢壘十分薄電子可以隧道貫穿勢壘區(qū)電子可以隧道貫穿勢壘區(qū). .圖6-29 隧道結的隧道結的I-V特性特性 正向電流一開始就隨正向電壓正向電流一開始就隨正向電壓的增加而迅速上升的增加而迅速上升, ,達到一個極達到一個極大大,

30、( , (峰值電流峰值電流I Ip p, ,峰值電壓峰值電壓V Vp p ) ) 隨后隨后, ,電壓增加電壓增加, ,電流反而減少電流反而減少, ,達達到一個極小到一個極小,( ,(谷值電流谷值電流I Iv v, ,谷值電谷值電壓壓V Vv v) ) 在在V Vp p到到V Vv v的電壓范圍內(nèi)的電壓范圍內(nèi), ,出現(xiàn)出現(xiàn)負負阻特性阻特性. . 當電壓大于谷值電壓后當電壓大于谷值電壓后, ,電流又電流又隨電壓而上升隨電壓而上升圖6-27 0點點平衡平衡pn結結 1點點正向電流正向電流迅速上升迅速上升 2點點電流達到電流達到峰值峰值 3點點隧道電流隧道電流減少減少,出現(xiàn)負阻出現(xiàn)負阻 4點點-隧道電流隧道電流等于等于0 5點點反向電流反向電流隨反向電壓的隨反向電壓的增加而迅速增增加而迅速增加加小結小結 1、PN結的形成 （1）PN結 采用特殊的制作工藝，將P型半導體和N型半導體緊密地結合在一起，在兩種半導體的交界處就會產(chǎn)生一個特殊的接觸面，稱之為PN結。 （2）空間電荷區(qū)：由于擴散運動使電子與空穴復合以后，在P區(qū)與N區(qū)的交界面處留下不能移動帶正電和帶負電的離子的區(qū)域，稱為空間電荷區(qū)，這就是PN結，在空間電荷區(qū)中不再存在載流子，因此PN結又叫