結(jié)電流電壓特性

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1、第六章、p－n結(jié)本章在已知載流子分布以及電場和濃度梯度下載流子運動規(guī)律的前提下，討論PN結(jié)電流電壓特性、電容效應(yīng)、擊穿特性等。目的：了解半導(dǎo)體器件最基礎(chǔ)單元具有的特性。2010年12月9日星期四第1頁主要內(nèi)容：1、熱平衡條件下的p-n結(jié)p-n結(jié)定義及形成p-n結(jié)的空間電荷區(qū)及自建電場p-n結(jié)的能帶圖空間電荷區(qū)中的電場、電位分布p-n結(jié)接觸電勢差p-n結(jié)載流子分布2010年12月9日星期四第2頁主要內(nèi)容：2、p-n結(jié)直流電壓特性非平衡狀態(tài)下的p-n結(jié)理想p-n結(jié)電流電壓方程影響p-n結(jié)電流電壓特性偏離理想電流電壓方程的因素

2、2010年12月9日星期四第3頁3、p-n結(jié)電容勢壘電容、擴散電容4、p-n結(jié)擊穿5、p-n結(jié)隧道效應(yīng)2010年12月9日星期四第4頁10、（1）寫出理想PN結(jié)的I-V特性，即電流密度J與電壓V的關(guān)系方程。分別在直角線性坐標系和半對數(shù)坐標系中，示意畫出PN結(jié)電流－電壓特性曲線。(2)在半對數(shù)坐標系中的曲線上，如何將正向小電壓下勢壘區(qū)復(fù)合電流和反向電壓下勢壘區(qū)產(chǎn)生電流產(chǎn)生的作用反映在曲線上？簡單解釋之。(3）如果PN結(jié)電流中，同時考慮擴散電流和復(fù)合電流時，即采用理想因子m，寫出含有理想因子m的J-V特性方程，并描述一種測量

3、m的實驗方法。(4)分別分析PN結(jié)加正向偏置和反向偏置，對PN結(jié)邊界處少子濃度的改變，以此論述，PN結(jié)具有正向?qū)ê头聪蝻柡吞匦?。?008）（32分）2010年12月9日星期四第5頁8、寫出n型樣品中，小注入條件下，少子空穴的連續(xù)性方程。寫出空穴不隨時間變化時（穩(wěn)態(tài)）、不考慮電場、無光照情況下，少子空穴的方程。（2008）10、（16分）對于一個PN結(jié)二極管，論述如何判斷加正向電壓后，其電流是以擴散電流為主還是以空間電荷區(qū)復(fù)合電流為主？（2007）2010年12月9日星期四第6頁11、（20分）PN結(jié)的N型一側(cè)摻雜濃度

4、為ND，P型一側(cè)摻雜濃度為NA，采用雜質(zhì)飽和電離近似，證明PN結(jié)的接觸電勢差為：ni是本征載流子濃度另有一N+N結(jié)，摻雜濃度分別為N+，N，證明此時N+N結(jié)的接觸電勢差為：比較兩者的大小，并解釋其內(nèi)在的物理機理。（2007）2010年12月9日星期四第7頁10、（24分）一個硅PN結(jié)（T=300K），P區(qū)的摻雜濃度為NA＝1x1015cm-3，N區(qū)的摻雜濃度ND＝3NA，使用雜質(zhì)全部電離和載流子全部耗盡假設(shè)，(1)計算室溫下PN結(jié)的接觸電勢差VD；(2)定性畫出PN結(jié)的電場分布、電荷分布。(3)若溫度T增加、材料的禁帶寬

5、度Eg增加，VD將分別如何變化？(4)若此結(jié)構(gòu)是N+-N結(jié)，即N+區(qū)一側(cè)ND+=3NA，N區(qū)一側(cè)ND=NA，計算此時的VD。（2006）2010年12月9日星期四第8頁14、寫出理想PN結(jié)的J-V特性關(guān)系公式（肖克萊方程）。并在半對數(shù)坐標下（X軸為V，Y軸為ln（J/J0），定性畫出該曲線。若此PN結(jié)為實際的PN結(jié)，應(yīng)做哪些改動？為什么？（2006）2010年12月9日星期四第9頁§6.1熱平衡條件下的p-n結(jié)1、熱平衡條件下的p-n結(jié)1）p-n結(jié)定義及形成p-n結(jié)：利用合金法、擴散法、離子注入法等，往某一類型半導(dǎo)體的局

6、部區(qū)域摻入不同類型的雜質(zhì)，使不同區(qū)域分別有不同類型的雜質(zhì)，形成不同類型半導(dǎo)體的“接觸”，即為p-n結(jié)。同一晶格結(jié)構(gòu)中，摻雜不同2010年12月9日星期四第10頁2）雜質(zhì)分布突變結(jié)：雜質(zhì)濃度由n（p）型突變到p(n)型緩變結(jié)：雜質(zhì)濃度由n（p）型緩慢變化到p(n)型2010年12月9日星期四第11頁2、p-n結(jié)的空間電荷區(qū)及自建電場2010年12月9日星期四第12頁2010年12月9日星期四第13頁3、p-n結(jié)的能帶圖2010年12月9日星期四第14頁熱平衡下PN結(jié)的特點1.P區(qū)、N區(qū)具有統(tǒng)一的費米能級，EFp=EFn。2

7、.有穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，其內(nèi)正負電荷總量相等，使得電場被屏蔽；在空間電荷區(qū)以外，電場為零，仍然保持電中性：NAxTP=NDxTn3.由于自建電場的存在，在空間電荷區(qū)中，能帶發(fā)生彎曲.在pn結(jié)兩端存在著一個勢壘，其高度為接觸電勢差VD，2010年12月9日星期四第15頁證明：熱平衡下的PN結(jié)有統(tǒng)一的費米能級。流過pn結(jié)的總電子電流密度Jn，應(yīng)等于電子的漂移電流密度和擴散電流密度之和，Jn=nq?n

8、E

9、+qDndn/dxDn＝k0T?n/q2010年12月9日星期四第16頁4、空間電荷區(qū)中的電場、電位分布（第三節(jié)電容）5、p

10、-n結(jié)接觸電勢差由突變平衡p-n結(jié)的能帶圖，勢壘高度qVD補償了p區(qū)與n區(qū)的費米能級之差2010年12月9日星期四第17頁n區(qū)與p區(qū)的平衡電子濃度分別為：結(jié)接觸電勢差與摻雜濃度、溫度、禁帶寬度等有關(guān)2010年12月9日星期四第18頁6、p-n結(jié)載流子分布2010年12月9日星期四第19頁問題：摻雜ND，勢壘區(qū)電勢比E