2022-2023學年高二物理 p-n結(jié)及其能帶圖 競賽課件

p-n結(jié)及其能帶圖2024/5/152p-n結(jié)引言若在同一半導體內(nèi)部，一邊是p型，一邊是n型，則由于在p型區(qū)和n型區(qū)交界面附近形成所謂的pn結(jié)。它是許多重要半導體器件的核心。

pn結(jié)的行為不是簡單等價于一塊p型半導體和n型半導體串聯(lián)。這種結(jié)構(gòu)具有特殊的性質(zhì)：單向?qū)щ娦?。其單向?qū)щ娦院驮谄浣缑娓浇纬傻膭輭久芮新?lián)系。因此這一節(jié)的討論從pn結(jié)的勢壘開始，然后介紹電流電壓特性、電容效應以及擊穿特性等。2024/5/153引言6.1p-n結(jié)及其能帶圖6.2p-n結(jié)電流電壓特性6.3p-n結(jié)電容6.4p-n結(jié)擊穿6.5p-n結(jié)隧道效應2024/5/154p-n結(jié)及其能帶圖p-n結(jié)的形成及雜質(zhì)分布p型半導體和n型半導體結(jié)合，在二者的交界面形成的接觸結(jié)構(gòu)，就稱為p–n結(jié)。pn結(jié)實際上是一種非均勻半導體。在§5.6中，關(guān)于非均勻半導體的討論同樣具有啟發(fā)性。在任何非均勻半導體中，熱平衡時必具有統(tǒng)一的費米能級，即各處費米能級在同一水平上。對于pn結(jié)來說，也是成立的。2024/5/155合金法擴散法加熱溶解突變結(jié)線性緩變結(jié)擴散爐2024/5/156還有離子注入法等。一般認為合金結(jié)和高表面濃度的淺擴散結(jié)是突變結(jié)（兩邊雜質(zhì)均勻分布），而低表面濃度的深擴散結(jié)是線性緩變結(jié)（從p區(qū)到n區(qū)，雜質(zhì)濃度逐漸變化）。在施主區(qū)和受主區(qū)的分界線處xj，稱為結(jié)深。

2024/5/157空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)：2024/5/158平衡p-n結(jié)能帶圖考慮費米能級當漂移和擴散達到動態(tài)平衡后，空間電荷的數(shù)量一定，空間電荷區(qū)不再繼續(xù)擴展，保持一定的寬度。此時，內(nèi)建電場E也一定，一般稱這種情況為熱平衡狀態(tài)下的p–n結(jié)，簡稱為平衡p–n結(jié)。（統(tǒng)一的）—自建電場E→靜電勢能V(x)→Ec(x)=Ec0+(-q)V(x)2024/5/159平衡p-n結(jié)能帶圖在平衡pn結(jié)中，費米能級處處相等2024/5/1510平衡p-n結(jié)能帶圖電子從費米能級高處(n區(qū))向費米能級低處(p區(qū))流動，EFn下移。空穴從費米能級低處(p區(qū))向費米能級高處(n區(qū))流動,EFp上移。平衡時達到統(tǒng)一費米能級EF。電勢從n→p逐漸下降，則電勢能(-q)V(x)逐漸上升，所以帶邊逐漸上移，直到和p區(qū)統(tǒng)一。2024/5/1511p-n結(jié)接觸電勢差沿電場方向電勢降低電勢V(x)曲線，取p區(qū)電勢為0，則n區(qū)為VD——接觸電勢差。電勢能-qV(x)曲線，對電子，p區(qū)電勢能為0>-qVD(n區(qū))，形成電子勢壘、空穴勢阱。2024/5/1512p-n結(jié)接觸電勢差注意：1.接觸電勢差與pn結(jié)兩邊的摻雜濃度、溫度和材料的禁帶寬度有關(guān)。

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