2022-2023学年高二物理竞赛课件：PN 结

微电子器件基础 PN 结 第 1 章 PN 结 1.1 平衡PN结 1.2 空间电荷区的电场和电势分布 1.3 过渡区电容和扩散电容 1.1 平衡PN结 PN 结含义： 在一块N型（或P型）半导体单晶上，用特定的工艺方法把P型（或N型）杂质掺入其中，使这块单晶相连的二个不同区域分别具有N型和P型的导电类型，在二者交界面的过渡区即称为PN结。 P N PN结 1.1 平衡PN结 1.1.1 内建电场和内建电势 1、突变结 单边突变结 P＋N结 N＋P结 P区 N区 x 杂质浓度 xj NA ND 由合金结法工艺讲起 特点： P区 N区内部杂质浓度分布均匀 交界处杂质类型突变 3. 特殊情况 P＋N N＋P 1.1 平衡PN结 1.1.1 内建电场和内建电势 2、平衡PN结能带图 空间电荷区 内建电场 P N x p x n V D qV D 位 电 能 势 子 电 量 能 qVD EC EV EF Ei 1.1 平衡PN结 1.1.1 内建电场和内建电势 2、平衡PN结能带图 VD : 接触电势差 空间电荷区又称 势垒区 耗尽层 空间电荷区 内建电场 P N x p x n V D qV D 位 电 能 势 子 电 量 能 qVD EC EV EF Ei 1.1 平衡PN结 由此可求VD 3、内建电势差 1.1.1 内建电场和内建电势 1.1 平衡PN结 式中 NA：P区掺杂浓度； ND：N区掺杂浓度 ni ：本征载流子浓度 对于锗PN结，通常可取VD=0.3—0.4V 对于硅PN结，通常可取 VD=0.6—0.7V 1.1.1 内建电场和内建电势 热电压 1.1 平衡PN结 1.1.2 耗尽近似 耗尽近似假定空间电荷区内载流子全部耗尽，离化杂质中心提供空间电荷，空间电荷的分布在边界上突变过渡。 在耗尽近似下，边界区被忽略，空间电荷区内载流子全部耗尽，因而提到PN结时，空间电荷区以及耗尽区两术语可交替使用。 1.1 平衡PN结 1.1.3 准中性近似 缓变结 N P x 杂质浓度 xj ND -NA 由扩散法工艺讲起 特点： P区 N区内部杂质浓度分布不均匀，交界处有效杂质浓度最低 PN结附近杂种类型从一种类型缓慢变化(常按照一定的函数规律)为另一种类型 1.1 平衡PN结 1.1.3 准中性近似 缓变结近似 缓变PN结附近杂质浓度的两种近似处理方法 A．线性缓变结近似 B．突变结近似 N P x 杂质浓度 xj ND -NA 缓变PN结附近杂质浓度的两种近似处理方法 1.1 平衡PN结 1.1.3 准中性近似 缓变结近似 A．线性缓变结近似 适用于表面杂质浓度较低、结深较深的缓变结 x 杂质浓度 xj ND -NA 杂质浓度 xj x αj N(X)>0 : N区 N(X)<0 : P区 $