2022-2023学年高二物理竞赛课件：隧道击穿（齐纳击穿）

隧道击穿（齐纳击穿） 隧道击穿（齐纳击穿） ·隧道击穿是在强电场作用下，由 是由齐纳提出来解释电介质击穿现象的， 2 2(6+4) 隧道击穿（齐纳击穿） 隧穿几率 1/2 8π P=exp 2ma 3 =-T NDNA Np+N E-9。- 1 Ar= E 26S △r XD 9 9 N eT A T个E。↓P↑BR↓ 负温度系数 3 2023-3-10 隧道击穿（齐纳击穿） 注意 。在一般杂质浓度下，雪前击穿机构是主要的 。在重参杂半导体中，隧道击穿是主要的 <4E,/g >6E,/g 齐纳 雪崩 杂质浓度经m) 4 2023-3-10 这种由于热不稳定性引起的击穿，称为热电击 穿。对于禁带宽度比较小的半导体如储pn结 热电击穿 由于反向饱和电流密度较大，在室温下这种 击穿很重要。 反偏时，流过pn结的反向电流产生热损耗 反偏↑→热损耗↑→引起结温上升。 D.(y N →反向饱和电流密度随温度按指数规律↑→产 生的热能也迅速↑→进而又导致结温↑↑→反 问饱和电流密度↑↑。 如此反复循环下去，最后使无限增大而发生击 5 穿。 2023-3-10 。简并pn结的能带图 在简并的重参杂半导体 中，n型半导体的费米 能级进入了导带，p型 Eo 半导体的费米能级进入 了价带。 E四 两者形成隧道结后，在没有外加电压，处宇 热平衡状态时，n区和p区的费米能级相等。 在重珍朱pn结中，势金十分海。 例：若两边掺杂浓度~5×10191cm3,势宽只约几 6 A°。 2023-3-10 隧道二极管(Esaki二极管)工作原理 q V D E Ea W=0 Em V<0 Ev p Ew Ec E 7 V>0.V<Vp 223-3-10 V>0,V>Vp 例题 例2.Sip-n结：N=9×105/cm3,N=2×1016/cm3,在 p区p=350cm2/Vs):4=500cm2Vs,奋m区 42=300cm2/(Vs),42=900cm2(Vs).设辆☒内沙子铸命 均为us,截面积为02cm2,g/kT=38.7(1/V),当加向电 田=0.65V时求 (1)300K时琉过p-n的电流表达左式 2)若p☒指向☒为<轴田向列曲☒空六电的浓盼 布的表达式 3)确定区内空穴扩散电流、电了扩散电流、电 子漂移电流和总的电子电流随变化的表达式。 8 2023-3-10 解：半导体中参入受主杂质后，受主电离后 将成为带负电的离子，并同时向价带提供空 穴，这种杂质就叫受主。 受主电离成为带负电的离子（中心）的 过程就叫受主电离。 受主电离前带不带电，电离后带负电。 例如，在S中参B,B为I族元素，而本征半 导体Si为V族元素，P参入B中后，B的最外层 三个电子与S的最外层四个电子配对成为共 价电子，而B倾向于接受一个由价带热激发的 电子。这个过程就是受主电离。 解：在纯净的半导体中掺入杂质后，可以控制半导体的导电 例如，在常温情况下，本征Si中的电子浓度和空穴浓度均为 1.5x10^∘cm^3。当在Si中掺入1.0x1018cm^3的P后，半导体中的电子 浓度将变为1.0x10%cm^3，而空穴浓度将近似为2.25x10cm^3。半 5、解：两性杂质是指在半导体中既可作施主又可作受主的杂 质。如Ⅲ-V族GaAs中掺Ⅳ族Si如果Si替位Ⅲ族As，则Si为施主； 如果Si替位V族Ga，则Si为受主。所掺入的杂质具体是起施主 6、解，深能级杂质在半导体中起复合中心或陷阱的作用。 7、当半导体中既有施主又有受主时，施主和受主将先互相抵 消，那 利用杂质补偿效应，可以根据需要改变半导体中某个区域的 导电类型，制造各种器件。