固體物理學(xué)-半導(dǎo)體電子論之PN 結(jié)

07_06PN結(jié)

PN結(jié)的構(gòu)成PN結(jié)的性質(zhì)——單向?qū)щ娦噪娏麟S電壓變化特性反向狀態(tài)正向狀態(tài)一部分是N型半導(dǎo)體材料一部分是P型半導(dǎo)體材料1平衡PN結(jié)勢(shì)壘

電子濃度空穴濃度——N型半導(dǎo)體材料，雜質(zhì)激發(fā)的載流子范圍電子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴的濃度

費(fèi)密能級(jí)在帶隙的上半部，接近導(dǎo)帶P型半導(dǎo)體材料——費(fèi)密能級(jí)在帶隙的下半部，接近價(jià)帶N型和P型材料分別形成兩個(gè)區(qū)——N區(qū)和P區(qū)N區(qū)和P區(qū)的費(fèi)密能級(jí)不相等，在PN結(jié)處產(chǎn)生電荷的積累——

穩(wěn)定后形成一定的電勢(shì)差P區(qū)相對(duì)于N區(qū)具有電勢(shì)差——PN結(jié)勢(shì)壘作用

正負(fù)載流子在PN結(jié)處聚集，內(nèi)部形成電場(chǎng)——自建場(chǎng)——?jiǎng)輭咀柚筃區(qū)大濃度的電子向P區(qū)擴(kuò)散平衡PN結(jié)——載流子的擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)相對(duì)平衡

——電場(chǎng)對(duì)于N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴是一個(gè)勢(shì)壘

——?jiǎng)輭咀柚筆區(qū)大濃度的空穴向N區(qū)擴(kuò)散——抵消原來P區(qū)和N區(qū)電子費(fèi)密能級(jí)的差別P區(qū)電子的能量向上移動(dòng)——半導(dǎo)體中載流子濃度遠(yuǎn)低于金屬且有——PN結(jié)處形成電荷空間分布區(qū)域約微米數(shù)量級(jí)——擴(kuò)散和漂移形成平衡電荷分布，滿足玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)——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(jié)的正向注入

當(dāng)PN結(jié)加有正向偏壓——P區(qū)為正電壓

——外電場(chǎng)與自建場(chǎng)方向相反__減弱PN結(jié)區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)原有的載流子平衡受到破壞N區(qū)電子擴(kuò)散到P區(qū)P區(qū)空穴

擴(kuò)散到N區(qū)——非平衡載流子——PN結(jié)的正向注入——電子擴(kuò)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?chǎng)使邊界處電子的濃度提高倍和比較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(shí)向P區(qū)擴(kuò)散——非平衡載流子邊擴(kuò)散、邊復(fù)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(shí)向P區(qū)擴(kuò)散非平衡載流子邊擴(kuò)散、邊復(fù)合形成電子電流非平衡載流子密度方程邊界處電子擴(kuò)散流密度——電子的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散長(zhǎng)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(shí)向N區(qū)擴(kuò)散也是非平衡載流子邊擴(kuò)散、邊復(fù)合形成空穴電流注入到N區(qū)的空穴電流密度PN結(jié)總的電流密度——肖克萊方程(W.Shockley)結(jié)果討論2)

PN結(jié)的電流和N區(qū)少子、P區(qū)少子成正比1)

當(dāng)正向電壓V增加時(shí)，電流增加很快如果N區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于P區(qū)摻雜濃度——PN結(jié)電流中將以電子電流為主3PN結(jié)的反向抽取

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

在結(jié)區(qū)電場(chǎng)的作用下才能漂移過PN結(jié)

——外電場(chǎng)與自建場(chǎng)方向相同___勢(shì)壘增高載流子的漂移運(yùn)動(dòng)超過擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)N區(qū)的空穴一到達(dá)邊界即被拉到P區(qū)P區(qū)的電子一到達(dá)邊界即被拉到N區(qū)——PN結(jié)方向抽取作用PN加有反向電壓勢(shì)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(kuò)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(kuò)散長(zhǎng)度一層內(nèi)總的少數(shù)載流子產(chǎn)生