固體物理學-半導體電子論之PN 結

07_06PN結

PN結的構成PN結的性質——單向導電性電流隨電壓變化特性反向狀態(tài)正向狀態(tài)一部分是N型半導體材料一部分是P型半導體材料1平衡PN結勢壘

電子濃度空穴濃度——N型半導體材料，雜質激發(fā)的載流子范圍電子的濃度遠遠大于空穴的濃度

費密能級在帶隙的上半部，接近導帶P型半導體材料——費密能級在帶隙的下半部，接近價帶N型和P型材料分別形成兩個區(qū)——N區(qū)和P區(qū)N區(qū)和P區(qū)的費密能級不相等，在PN結處產(chǎn)生電荷的積累——

穩(wěn)定后形成一定的電勢差P區(qū)相對于N區(qū)具有電勢差——PN結勢壘作用

正負載流子在PN結處聚集，內(nèi)部形成電場——自建場——勢壘阻止N區(qū)大濃度的電子向P區(qū)擴散平衡PN結——載流子的擴散和漂移運動相對平衡

——電場對于N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴是一個勢壘

——勢壘阻止P區(qū)大濃度的空穴向N區(qū)擴散——抵消原來P區(qū)和N區(qū)電子費密能級的差別P區(qū)電子的能量向上移動——半導體中載流子濃度遠低于金屬且有——PN結處形成電荷空間分布區(qū)域約微米數(shù)量級——擴散和漂移形成平衡電荷分布，滿足玻耳茲曼統(tǒng)計——N區(qū)和P區(qū)空穴濃度之比熱平衡下N區(qū)和P區(qū)電子濃度——P區(qū)和N區(qū)電子濃度之比2PN結的正向注入

當PN結加有正向偏壓——P區(qū)為正電壓

——外電場與自建場方向相反__減弱PN結區(qū)的內(nèi)電場原有的載流子平衡受到破壞N區(qū)電子擴散到P區(qū)P區(qū)空穴

擴散到N區(qū)——非平衡載流子——PN結的正向注入——電子擴散電流密度正向注入——P區(qū)邊界電子的濃度變?yōu)椤饧与妶鍪惯吔缣庪娮拥臐舛忍岣弑逗捅容^得到邊界處非平衡載流子濃度——正向注入的電子在P區(qū)邊界積累，同時向P區(qū)擴散——非平衡載流子邊擴散、邊復合形成電子電流邊界處非平衡載流子濃度——正向注入電子在P區(qū)邊界積累，同時向P區(qū)擴散非平衡載流子邊擴散、邊復合形成電子電流非平衡載流子密度方程邊界處電子擴散流密度——電子的擴散系數(shù)和擴散長度注入到P區(qū)的電子電流密度——在N區(qū)邊界空穴積累，同時向N區(qū)擴散也是非平衡載流子邊擴散、邊復合形成空穴電流注入到N區(qū)的空穴電流密度PN結總的電流密度——肖克萊方程(W.Shockley)結果討論2)

PN結的電流和N區(qū)少子、P區(qū)少子成正比1)

當正向電壓V增加時，電流增加很快如果N區(qū)摻雜濃度遠大于P區(qū)摻雜濃度——PN結電流中將以電子電流為主3PN結的反向抽取

PN結加有反向偏壓——P區(qū)為負電壓——只有N區(qū)的空穴和P區(qū)的電子

在結區(qū)電場的作用下才能漂移過PN結

——外電場與自建場方向相同___勢壘增高載流子的漂移運動超過擴散運動N區(qū)的空穴一到達邊界即被拉到P區(qū)P區(qū)的電子一到達邊界即被拉到N區(qū)——PN結方向抽取作用PN加有反向電壓勢壘變?yōu)椤狿區(qū)邊界電子的濃度——反向抽取使邊界少子的濃度減小反向電流一般情況下——反向飽和電流擴散速度——P,N區(qū)少數(shù)載流子的產(chǎn)生率P區(qū)少數(shù)載流子——電子的產(chǎn)生率N區(qū)少數(shù)載流子——空穴的產(chǎn)生率反向飽和電流——擴散長度一層內(nèi)總的少數(shù)載流子產(chǎn)生