2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体的PN结

半导体的PN结 半导体的PN结 一. P-N 结的形成 在一块 n 型半导体基片的一侧掺入较高浓度的受主杂质，由于杂质的补偿作 用，该区就成为ｐ型半导体。 P-N结 n型 p型 由于 N 区的电子向 P区扩散，P 区的空穴向Ｎ区扩散， 在ｐ型半导体和Ｎ型半导体的交界面附近产生了一个电场,称为内建场。 陷阱电荷 在Si-SiO2界面处附近，会有一些载流子的陷阱， 由于辐照的原因，使得在SiO2中产生一些电子空 穴对，电子在外加电场作用下，被扫向栅结，而 空穴难以移动会被陷阱俘获，形成正的空间电荷。 但辐照感应产生的空间电荷可以通过300℃ 以上 退火消除。 所以，后处理对MOSFET的性能的稳定是 非常重要的。 P-N 结的主要制备方法： 1．合金法 2．扩散法 用合金法制备的p-n结一般为突变结； x N NA ND 用扩散法制备的p-n结一般为缓变结，杂质浓度逐渐变化。 二、平衡p-n结的特点 1．平衡p-n结的形成 P型材料的多子用ppo表示，少子为npo，N型材料的多子用nno表示，少子用pno表示。 P N ° • _ _ _ _ _ + + + + + ε J扩 J漂 平衡后：J扩=J漂 形成恒定的电场，称为内建场，它存在于结区。 处于热平衡状态的结称为平衡结。 2．平衡p-n结的能带及势垒 当二者接触后，电子由NP，空穴由PN, (EF)n，(EF)p (EF)n=(EF)p=EF J扩=J漂 有一恒定的电场，方向由NP P N EF qVD E 假设：P区：Ec=Ecp Ev=Evp no=npo po=ppo N区：Ec=Ecn Ev=Evn no=nno po=pno 同质p-n结: 平衡时： ppo=NA , nno=ND PN结的接触电势差与掺杂 浓度、温度、材料的禁带 宽度有关。Si大于Ge。RT时 Si:0.70V;Ge:0.32V 三、非平衡p-n结--P-N 结的单向导电性 1. 正向偏压 在 P-N 结 的 p 型区接 电源正极， 叫正向偏压。 阻挡层势垒被削弱、变窄，有利于空穴 向N区运动，电子向 P 区运动， 形成正向电流（mA级）。 p型 n型 I 外加正向电压越大， 正向电流也越大， 而且是呈非线性的 伏安特性(图为锗管)。 V （伏） ３０ ２０ １０ （毫安） 正向 0 0.2 1.0 I qVD q(VD－V) 例如，室温：KT=0.026ev 当V=0.26v ： V J Js $