半导体物理基础ppt课件.ppt

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1、图1p-n结基本结构Chapter6p-nJunctions（p-n结）5.1FabricationOfp-nJunction1.AlloyedJunctions(合金结)2.DiffusedJunctions(扩散结)3.IonImplantation(离子注入)4.EpitaxialGrowth(外延生长)合金温度降温再结晶1.AlloyedJunctions(合金结)2.DiffusedJunctions(扩散结)Conceptualexampleoftheuseofphotolithographytoformapnjunctiondiode.扩散系统3.IonImpla

2、ntation(离子注入)分子束外延(MBE)超高真空化学气相沉积(UHV/CVD)常压及减压外延(ATM&RPEpi)外延(简称Epi)工艺是指在单晶衬底上生长一层跟衬底具有相同晶格排列的单晶材料4.EpitaxialGrowth(外延生长)方法：缓变结与突变结5.2Equilibriump-nJunction1空间电荷区(Spacechargeregion)的形成(平衡状态下的结)漂移运动P型半导体N型半导体扩散运动所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。刚接触，扩散（达到动态平衡）扩散=漂移内建电场漂移－内建电场

3、E－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++++++++-阻挡层耗尽区Depletionregion空间电荷区Spacechargeregion当p型半导体和n型半导体接触在一起时,在两者的交界面处存在着一个过渡区,通常称为p-n结.中性区Poisson’sequation:Inthep-region:所以Inthen-region:及2能带图(Enerybanddiagram)势垒区-+0VD3.接触电势差(TheContactPotential)VD平衡时n型半导体中的电子浓度为p型半导体中的电子浓度为*势垒高度~ND、NA

4、、Eg4.空间电荷区宽度(Spacechargeregionwidth)突变结小结Poisson’sequation5载流子分布(Carrierdistributions)-XpXn0-XpXn0-XpXn0中性区5.3.p-n结电流-电压特性1.势垒区的自由载流子全部耗尽,并忽略势垒区中载流子的产生和复合。I-Vcharacteristicofap-njunction现假设:2.小注入:注入的少数载流子浓度远小于半导体中的多数载流子浓度。在注入时，扩散区的漂移电场可忽略。外加电场与内建电场方向相反，削弱了内建电场，因而使势垒两端的电势差由VD减小为（VD-Vf），相应地势垒区

5、变薄。(1)正向偏置（Forwardbias）由于电场作用而使非平衡载流子进入半导体的过程称为-电注入漂移<扩散非平衡态SpacechargeregionNeutralregionDiffusionregion平衡时正向偏置这两股电流之和就是正向偏置下流过p-n结的电流。P区空穴向n区扩散——空穴扩散电流n区电子向P区扩散——电子扩散电流根据电流连续性原理，通过p-n结中任一截面的总电流是相等的，只是对于不同的截面，电子电流和空穴电流的比例有所不同而已。考虑-xp截面：忽略了势垒区载流子的产生和复合：样品足够厚pp0pn0同理：-------肖克莱方程外加电场Vr与内建电场方向

6、一致漂移>扩散(2)反向偏置（Reversebias）VD增大为（VD+Vr），相应地势垒区加宽势垒区两侧边界上的少数载流子被强电场扫过势垒区。使边界处的少子浓度低于体内。产生了少子的扩散运动，形成了反向扩散电流。类似于正向偏置的方法，可求得反向电流密度式中，Js不随反向电压变化，称为反向饱和电流密度；负号表示反向电流方向与正向电流方向相反。p-n结的正向和反向电流密度公式可统一用下列公式表示：正向：V=Vf反向：V=-Vr（3）I-Vcharacteristicofap-njunctionp-n结的伏-安特性单向导电性---整流Ge、Si、GaAs：0.3、0.7、1V具有可

7、变电阻性讨论温度影响大单边突变结I-V特性由轻掺杂一边决定。影响p-n结伏-安特性的主要因素：产生偏差的原因：（1）正向小电压时忽略了势垒区的复合；正向大电压时忽略了扩散区的漂移电流和体电阻上的压降。（2）在反向偏置时忽略了势垒区的产生电流。空间电荷区的复合电流空间电荷区的产生电流注入p+-n结的n侧的空穴及其所造成的电子分布大注入扩散区产生内建电场p-n结的直流伏-安特性表明：1.具有单向导电性。2.具有可变电阻性。特别是在高频运用时，这个电容效应更为显著。p-n结的交流特性表明:p-n结