电子信息物理学4.pptx

《电子信息物理学4.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子信息物理学4.pptx（87页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、电子多， 空穴少 空穴多，电子少 n区 p区 n区 p区载流子浓度差动态平衡阻止进一步扩散，形成并增强相反方向的漂移运动电子从n区向p区扩散空穴从p区向n区扩散结n区侧聚集正离子结p区侧聚集负离子正空间电荷区负空间电荷区第1页/共87页扩散与漂移的动态平衡空间电荷区导致内建电场，热平衡，无外场不产生净电流空间电荷区的正负电荷分离，内建电场，“耗尽”了可动的载流子，空间电荷区也称耗尽区第2页/共87页同质 pn结能带本征半导体 n型半导体 p型半导体电子从高EF 区流向低EF 区（从n区向p区运动）空穴从低EF 区流向高EF 区（从p区向n区运动） 横坐标为空间位置 结合 热平衡， 统一的EF

2、pn结横坐标为空间位置 p区 n区第3页/共87页 n区导带电子浓度与p区价带空穴浓度：FpeFneeVDFFiEnEFne区）(FFiEEFpe区）p()exp(TkEENnBFiCci本征半导体)(exp(0TkEENnBFCc)exp(0TkEEnnBFiFiiFiEE同理第4页/共87页n区导带电子电位量：p区价带空穴电位量：接触电位差：室温热电压为VT 0.026V第5页/共87页突变pn结：空间电荷区用泊松（Poisson）方程电中性空间电荷区宽度：接触电位差：第6页/共87页整流特性假定： Pn结为突变耗尽层、其它为电中性玻尔兹曼近似载流子小注入n区导带电子浓度较大，但内建势垒阻

3、止大电流密度流入p区，达到平衡：)exp(2TkeVNNnBDDAin区多子（电子）浓度（完全电离）：p区多子（空穴）浓度（完全电离）：ApNp0p区少子（电子）浓度：)exp(/0002TkeVnpnnBDnpipp区少子（电子）浓度与n区多子（电子）浓度的关系第7页/共87页1.正向电压作用（pn结少子正向注入）正向电压V=Va0势垒区内，载流子浓度小、电阻大势垒区外，载流子浓度大、电阻小电压基本降落在势垒区势垒区xD变窄、e（ VD Va）变低漂移运动扩散运动漂移运动破坏无偏压时 的动态平衡净扩散流，少子正向注入第8页/共87页xpxn 电子空穴电子从n区流向p区xp处（少子）电子积累电

4、子向p区内部扩散空穴从p区流向n区xn处（少子）空穴积累空穴向n区内部扩散正向电压V=Va0P区空穴（多子）向pn结漂移n区电子（多子）向pn结漂移复合复合电子0电子扩散区空穴0空穴扩散区第9页/共87页正负电荷区空穴扩散区电子扩散区P区中性区n区中性区电子扩散区p区（少子）电子流转变为（多子）空穴电流空穴扩散区n区（少子）空穴流转变为（多子）电子电流P区n区势垒较窄较低势垒区载流子浓度变化很小通过pn结任一截面的总电流密度相等J=J0 第10页/共87页复合电流连续性原理总电流密度：)()(0nppnxJxJJJ电流密度pnJnJpJnJp-xpxnx0)()(nppnTotalxJxJJ)

5、(pnxJ)(npxJ第11页/共87页总电流密度：)()(0nppnxJxJJJ求解连续性方程P区结边缘少子（电子）电流密度：n区结边缘少子（空穴）电流密度：理想二极管方程：反向饱和电流密度：第12页/共87页实际的pn结，正偏Va时，有一定的正向导通电压禁带宽度Eg正向导通电压室温T=300K，,026. 0evTkB1)exp(实际的pn结，还需要修正，例如p+n ,1m2第13页/共87页2. 反向电压作用（pn结少子反向抽取）反向电压VVR0势垒区变宽xd变高e（ VD VR ）漂移运动扩散运动漂移运动净漂移电流反向电压VVR0V势垒宽度空间电荷（不能移动的正负杂质离子部分被载流子中

6、和）载流子“存入”势垒区V势垒宽度空间电荷（增加不能移动的正负杂质离子）载流子从势垒区“取出”单位面积的势垒电容：DrBXC0DADArDDNNNNeVVX02)(势垒宽度：0,r分别为相对介电常数和真空介电常数第16页/共87页DrBXC0DADArDDNNNNeVVX02)(正向：VDXBC正向：VDXBC2. 扩散电容正偏电压，少子正向注入扩散区有少子与等量的多子积累单位面积的扩散电容：DC)exp()(002TkeVTkLPLneCBBpnnpDVDC第17页/共87页击穿特性反偏电压V增加到VB （击穿电压）反向电流激烈增大，pn结击穿；击穿分类：隧道击穿（齐纳击穿）、雪崩击穿、热电

7、击穿1.隧道击穿（在掺杂浓度很高的pn结中的击穿）高反偏电压强电场：FDtotalEEE势垒变薄隧道效应：p侧价带内电子横穿禁带，直接进入n侧导带内，形成反向电流第18页/共87页2. 雪崩击穿高反偏电压少子扩散到势垒区少子在势垒区中高速漂移少子从电场中获得足够的能量与耗尽区内晶格原子的电子发生碰撞产生许多电子空穴对（二次电子空穴对）二次电子空穴对继续漂移、碰撞新的二次电子空穴对倍增效应pn结击穿第19页/共87页3. 热电击穿高反偏电压VR损耗功率热能结温平衡少子浓度JS热电击穿第20页/共87页4.2 pn结二极管常见的pn结二极管变容二极管开关二极管雪崩二极管隧道二极管二极管结电容特性：

8、扩散电容（正偏：损耗电导）势垒电容（常用反偏、零偏：变容二极管）第21页/共87页变容二极管 变容二极管的表达式一般为：,)(sDBVVC1)2( msm0，为均匀掺杂结；m1，为线性缓变结；m2、 3为重掺杂n+ 基片上外延低杂质浓度n层；m是负值，为超突变结第22页/共87页反偏电压VVR,)(sDBVVC1)2( ms变容二极管的电抗以可控方式随偏压变化，如果变容二极管并联电感，则LC电路的谐振频率为：变容二极管：,)(212sRDBrVVLCfm3/2s=22)(sRDrVVf)(RDrVVf超突变结与反偏电压正反比常用Si晶体作为变容二极管材料外延生长或离子注入制作超突变结第23页/

9、共87页开关二极管pn结电子开关： pn结导通（on）、不导通（off）p+n（p区重掺杂）二极管正偏压正向电流If )0( tpn结n区一侧边界（ xn ）少子空穴积累pn结突然从正偏变到 负偏压（t0）远远高于平衡浓度的少子（空穴）从n区进入p区反向电流较大（ IR ），并保持一段时间tS （存储时间）积累的空穴复合消耗掉后，反向饱和电流（ IS ），下降时间为tf 第24页/共87页开关二极管的反向恢复时间为：2tttSr第25页/共87页隧道二极管p+n+ （重掺杂）二极管， EF进入允带,势垒很薄隧道效应重掺杂：简并半导体重掺杂：使耗尽区宽度变得很窄，使隧道距离很小（约510nm）第

10、26页/共87页（a）（c）（b）（d）隧道效应：n区导带电子进入p区价带，产生正向隧道电流隧道效应：p区价带电子进入n区导带，产生反向隧道电流隧道效应：n区导带电子进入p区价带，产生正向隧道电流。但价带顶介于n区导带底和EF之间只有热电流，没有隧道效应产生的隧道电流第27页/共87页雪崩二极管 pn结雪崩效应 载流子渡越效应雪崩二极管崩越二极管俘获二极管崩越二极管：n+ pi p+型理德（Read）二极管i代表高阻层，p型材料高阻层为 层，n型材料高阻层为v层第28页/共87页高反偏电压n+ p结雪崩击穿（雪崩区）雪崩载流子形成雪崩区电流次强电场（漂移区）p区很薄，漂移区主要是i区空穴以饱和

11、速度漂移运动，由p+区收集，形成外电流第29页/共87页应用：应用：利用PN结血崩和载流子的度越等效应可以构成微波振荡器件器件优点：具有较大的输出功率,可以达到数瓦器件缺点：血崩过程产生较大的噪声第30页/共87页4.3 双极性晶体管晶体管德基本结构和工作原理三个独立的掺杂区和两个pn结（互相影响，背靠背）晶体管：有源三端器件电子、空穴两种载流子电流双极型基本工作原理在模电中有介绍第31页/共87页基区宽度比少子扩散长度短晶体管每个区域内少子浓度分布：第32页/共87页晶体管的放大作用共基极npn晶体管同模电第33页/共87页晶体管噪声晶体管放大器的主要噪声：外界：输入、感应、耦合、等方式引进

12、的噪声晶体管本身：o热噪声：载流子无规则的热运动引起电流起伏（温 度愈高，热噪声也愈大）o散粒噪声：载流子数目将在平均值附近起伏o低频1/f噪声：表面能级、晶格缺陷、位错和晶体不 均匀性 噪声系数：F输入信噪比/输出信噪比第34页/共87页金属半导体（简称金半或M-S）接触:整流器、监测器、二极管、场效应管、太阳能电池、半导体集成器件电极理想肖特基势垒理想肖特基势垒表面外真空中电子势能（真空能级）E 0: 固体中的电子刚刚能够脱离固体。发射到真空中的电子能量（真空能级连续）电子亲和势（electron affinity） ：真空能级与半导体导带底之差（始终不变） E 0 E C 半导体功函数半

13、导体功函数：功函数是指真空电子能级E0与半导体的费米能级EF之差。影响功函数的因素是掺杂浓度、温度和半导体的电子亲和势。接触势则是指两种不同的材料由于接触而产生的接触电势差。 金属功函数金属功函数：电子从金属中逸出到表面外的真空中去许需要的最少能量mE 0 E Fm （金属E Fm以上为空态、 E Fm以下充满电子）E FmE 0第35页/共87页m sE Fs E Fm 电子从半导体流向金属金属表面负离子 半导体表面正离子eVDm 内建势垒eVD内建势垒基本降落在半导体表面eVD m s阻止半导体中电子继续流向金属达到平衡统一的费米能级半导体能带向上弯曲表面势垒（n型阻挡层，高阻层）金属一侧

14、的势垒eVDm= eVD (E C E Fs) m 见p100图（a）可知 s E C E Fs第36页/共87页影响其势垒高度的因素两种材料的功函数，影响其势垒厚度的因素材料（杂质浓度等）外加电压势垒宽度的表达式为Eg：某Shottky二极管，半导体材料的相对介电常数为11.9，施主浓度为2.51016cm-3，势垒高度为0.64eV，加上4V的正向电压时，试求势垒的宽度为多少？ mqNVVxDDrD31619120102 . 4105 . 2106 . 164. 0410854. 89 .1122第37页/共87页热平衡态，统一费米能级半导体能带向上弯曲表面n型阻挡层半导体一侧的势垒：eV

15、D m s金属一侧的势垒（肖特基势垒高度：金属上的电子进入半导体导带所需的能量）eVD m seVDm eVDmeVD (E C E Fs)= m = E 0 E Cm s第38页/共87页s mE Fm E Fs 电子从金属流向半导体半导体能带向下弯曲电子积累层高电导层n型反阻挡层p型半导体与金属接触m s能带向上弯曲p型反阻挡层形成反阻挡层的条件形成反阻挡层的条件是是s m, ,其接触后其接触后的能带图如图所示：的能带图如图所示：形成反阻挡层的条件是形成反阻挡层的条件是m s, ,其接触后的能其接触后的能带图如图所示：带图如图所示：s m能带向下弯曲p型阻挡层 形成阻挡层的条形成阻挡层的条

16、件是件是s m, ,其接其接触后的能带图如图触后的能带图如图所示：所示：第39页/共87页表面态和界面层对接触势垒的影响理想肖特基模型与试验结果不符合：模型：肖特基模型的势垒高度由金属和半导体的功函数决定试验：90%的金属同半导体接触的势垒高度与金属功函数无 关， 只和所用半导体的种类有关巴丁势垒模型（1947）：理想半导体表面（n型半导体）原子周期性排列中断出现半饱和的悬挂键、一些电子能量状态表面能级（界面态）第40页/共87页半导体表面的界面态：E0ECEFnEFs界面态费米能级Ev表面电中性EFs界面态费米能级表面带正电EFs界面态费米能级表面带负电EFs界面态费米能级第41页/共87页

17、金属与n型半导体接触：1. n型半导体表面n型半导体表面（电中性），表面态能级密度高EFs E Fm电子从表面能级流向金属表面态密度很高金属费米能级上升到表面态费米能级金属一侧的势垒高度：eVDm E C E Fs与金属的功函数m无关M-S接触势垒高度的“锁定”半导体费米能级下降到表面态费米能级M-S接触费米能级的“钉扎”效应n型费米能级：价带以上E g/3p型费米能级：价带以上2E g/3第43页/共87页真空能级E 0连续（一般性）电子亲和势始终不变 E 0 E C （一般性）费米能级的“钉扎”效应： n型费米能级：价带以上E g/3（特殊性） p型费米能级：价带以上2E g/3（特殊性）

18、第44页/共87页肖特基势垒的I-V特性金属与n型半导体接触m sE Fs E Fm 电子从半导体导带底流向金属镜像正电荷，镜像库仑势半导体一侧势垒高度降低导带底向下弯曲空穴镜像力价带顶向上弯曲导带底与价带顶都向费米能级E Fs 接近金属与半导体接触时，半导体中的电荷在金属表面感应出带电符号相反的电荷，同时半导体中的电荷要受到金属中的感应电荷的库仑吸引力，这个吸引力就称为镜像力。 第45页/共87页v金属与金属与n型半导体接触型半导体接触正向偏压产生电流，载流子构成如下导带电子越过势垒进入金属导带电子通过隧道效应进入金属（能量低于势垒顶的电子有一定几率穿过势垒，这种效应就是隧道效应。隧道穿透的

19、几率与电子的能量和势垒厚度有关 ）空间电荷区与空穴复合中性区与空穴复合实际的肖特基二极管主要由第一种电流构成的，其他的三种作为理想情况偏离的修正第46页/共87页（a）无偏压：热平衡时，金属与n型半导体的费米能级拉平（b）加正偏压： 正向偏压VFVF上升半导体一侧势垒下降正向电流密度上升（c）加反偏压： 反向偏压VRVR上升半导体一侧势垒增加，电子从金属流向半导体，但越过的势垒几乎不随偏压变化反向饱和电流密度反向电流密度几乎不随VR变化第47页/共87页肖特基势垒二极管肖特基势垒二极管与Pn结二极管的I-V特性相似：Pn结二极管方程：Pn结的反向饱和电流密度：肖特基势垒二极管方程肖特基的反向饱

20、和电流密度为有效理查常数第48页/共87页肖特基势垒二极管与Pn结二极管的特性差异：微观肖特基势垒二极管为多子扩散（微观机理）Pn结二极管为少子的注入和扩散（微观机理）宏观：1)反向饱和电流密度特性： 肖特基势垒二极管的反向饱和电流密度(10-5A/cm2 ) pn结二极管(10-11A/cm2 ) 2)开关特性： 肖特基势垒二极管是多子器件，正向偏置时没有扩散电容（高频特性好，开关时间短ps，pn结为ns）3）导通电压： 肖特基势垒二极管的导通电压比pn结二极管低第49页/共87页肖特基势垒二极管的主要应用：利用肖特基势垒二极管的正向电流电压非线性： 肖特基变阻管、检波器、混频器利用肖特基势

21、垒二极管的反向电流电压特性： 肖特基变容管利用肖特基势垒二极管的正向低导通特性： 箝位晶体管利用肖特基势垒二极管的反偏势垒特性： 光电二极管和雪崩二极管的光电探测器件利用肖特基势垒二极管的势垒： 肖特基场效应管第50页/共87页欧姆接触欧姆接触欧姆接触是指其电流-电压特性满足欧姆定律的金属与半导体接触。金属与重掺杂半导体的金半接触欧姆接触，有接触电阻（由势垒高度、掺杂浓度决定）任何半导体或者集成电路要与外界接触欧姆接触十分重要欧姆接触分类：欧姆接触分类：非整流势垒接触型隧道势垒接触型形成欧姆接触的常用方法形成欧姆接触的常用方法金属与p型半导体接触构成反阻挡层。金属与重掺杂n型半导体形成能产生隧

22、道效应的薄势垒层，第51页/共87页1. 非整流势垒接触型金属n型半导体接触：s m时形成的非整流结结处于热平衡，结两边电子可以顺利交换（低电阻）金属加正压：金属加负压：在外电场作用下，也不起整流作用第52页/共87页金属p型半导体接触，热平衡时的能带图：多数重要的半导体（如Si、Ge、GaAs）有很大的表面态密度严重屏蔽了金属功函数的作用选择适当的金属材料很困难第53页/共87页2. 非整流势垒接触型：隧道势垒接触型金属半导体接触形成势垒半导体重掺杂势垒宽度大幅度下降结两边等价交换电子，形成隧道电流隧道效应欧姆接触第54页/共87页由上述可知当金属和半导体接触接触时，如果对半导体的掺杂很高，

23、将会使得势垒区的宽度变得很薄，势垒区近似为透明，当隧道电流占主要地位时，其接触电阻很小，金属与半导体接触近似为欧姆接触。加上正、反向电压时的能带图如下图所示：第55页/共87页4.5场效应晶体管 掺杂半导体电场表面势变化、电阻率变化与电场垂直方向的电流变化场效应：垂直的电场控制半导体的导电能力v场效应晶体管（场效应晶体管（FET：Field Effect Transistor）分类）分类结型场效应晶体管JFET(Junction type FET)绝缘栅场效应晶体管IGFET:主要是以SiO2做栅极绝缘物的金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Metal-Oxide-Semiconduct

24、or FET)肖特基势垒栅场效应晶体管MESFET(Metal-Semiconductor FET)第56页/共87页结型场效应晶体管源极S：接地栅极G：上下栅外部相连，加控制电压VGS 漏极D：电压VDS 输出电流ID n 沟道:通电流图1（a）JFET结构示意图图1（b）JFET中心部分截面图第57页/共87页栅结反偏VGS0源极接地VDS=0 栅结反偏 程度增加 两个p+n栅结上的反向偏压增加耗尽层宽度增加n 沟道宽度变窄n 沟道电阻增加n 沟道导电能力下降v栅结电压对导电能力的调制栅结电压对导电能力的调制JFET中心部分截面图第58页/共87页 漏极正偏VDS0电子从源极S沿n沟道流向

25、漏极D，形成漏极电流ID 栅结反偏程度 增加 漏极电流ID下降沿n沟道产生压降从S到D，p+n栅结的反向偏压增加从S到D，耗尽层宽度增加从S到D，n沟道宽度变窄从S到D，n沟道电阻增加，n沟道导电能力下降v漏极电压对导电能力的影响漏极电压对导电能力的影响图2 漏极电压与导电沟道的关系图第59页/共87页 漏极D正偏VDS0从S到D，n沟道电阻增加，n沟道导电能力下降 VDS增加 到VDSO（饱和电压）沟道被夹断（沟道宽度为0） VDS继续增加夹断处从D侧向S侧移动ID随VDS变化缓慢：IDIDOVDS增加 到VDSa（击穿电压）击穿：ID随VDS急剧增加图3. JFET的沟道夹断第60页/共8

26、7页v 输出特性曲线漏极D正偏VDS0 VDS VDSOID与VDS接近线性变化 （线性区） VDSO VDSVDSaID基本不变化 （饱和区） VDSVdsaID随VDS急剧增加 （雪崩区）图4. n沟道JFET的输出特性第61页/共87页金属氧化物半导体场效应晶体管绝缘栅场效应晶体管IGFET:以氧化物作为绝缘层的IGFET，就是金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET图5. MOS电容器的基本结构第62页/共87页v控制栅的电压与MOSFET的工作 栅极G不加电压热平衡时的能带图MISVG =0VG =0EFm 图6. 热平衡时的能带图第63页/共87页栅极上外加电压VG 绝缘层隔离绝缘

27、体电场，没有电流流通半导体表面空间电荷区半导体处于热平衡状态 EFS不变，金属Efm移动eVG表面能带产生弯曲 VG 0半导体表面EV 更接近EFS表面空穴（多子 ）积累图7 栅极上外加电压VG0能带图和电荷分布 栅极上外加电压栅极上外加电压VG 0 0第64页/共87页栅极电压VG 0 小电压半导体表面EV远离EFS 表面空穴（多子 ）耗尽图8 栅极上外加电压VG 0能带图和电荷分布 栅极上外加电压栅极上外加电压VG 0 0第65页/共87页栅极电压VG 0 大电压半导体表面EV更远离EFS 半导体表面EC更接近EFS 表面空穴（多子 ）耗尽 表面电子（少子 ）积累 形成反型层（n型表面）

28、图9 栅极上外加电压VG 0能带图和电荷分布 栅极上外加电压栅极上外加电压VG 0 0第66页/共87页注意注意：由n型半导体构成的理想MOS结构的能带图和电荷分布与型半导体构成的可以作类似分析，所形成的图如下图10 n型半导体构成的理想MOS结构的能带图和电荷分布第67页/共87页vMOSFET基本工作原理 栅极G不加电压VGS =0 实际为两个背靠背的pn+结 图11 VGS =0的MOSFET第68页/共87页 栅极小电压0 VGS VT p 型半导体表面耗尽，形成表面耗尽层多子耗尽层耗尽区图12 0 VGS VT的MOSFET第69页/共87页 栅极大电压 VGS VT （反型阀值电压

29、） 表面反型，源区与漏区两个n+ 区连接了起来 在漏极正电压的作用下，电子从源区流向漏区 形成n 沟道，改变栅压可以调制沟道电导的大小第70页/共87页n 沟道增强型MOSFET的输出特性曲线漏极D正偏VDS0 VDSVGS-VT0: ID与VDS接近线性变化（线性区）VGS-VT VDS VDSa : 沟道被夹断, ID基本不变化（饱和区）VDS VDSa : ID随VDS急剧增加（雪崩区） 第71页/共87页实际半导体的表面氧化层SiO2层中带正电荷（等效栅极电压）金属和半导体功函数差栅压VGS=0时，半导体表面已经形成了反型沟道漏极加正电压就有漏电电流流过沟道区 n 沟道耗尽型MOSFE

30、T增强型 n 沟道MOSFET则在栅压为零时没有导电沟道，只有当VGS VT 才能形成导电沟道p 沟道MOSFET(增强型和耗尽型)与n 沟道的结构类似： n 型Si为衬底制作两个p+区依靠负栅压使n 型反型以空穴导电、漏极接负电压第72页/共87页肖特基势垒栅场效应晶体管MESFET肖特基势垒取代JFET的pn结势垒，形成肖特基势垒栅场效应管不需要绝缘层和pn结可以采用电子迁移率很高的材料（如：GaAs、InP）n 沟道MESFET第73页/共87页肖特基势垒栅场效应管兼有JFET和MOSFET的优点： 器件制作类似MOSFET 电学性质类似JFET 避免表面态的影响 电子迁移率很高 特点：

31、高频（微波）、低噪声、较高的功率实际MESFET的栅长为微米数量级，出现强场效应，在沟道尚未夹断前，电子数度已经达到饱和漂移数度GaAs-MESFET，结构简单、制造过程少，因此寄生电容小，噪声系数低，而且噪声频率变化趋势比双极型晶体管慢得多较高的功率增益第74页/共87页v场效应晶体管（FET）:栅电压调制沟道电导，从而调制沟道电流JFET：pn结，npn为p沟道、pnp为n沟道MOSFET：MOS结， npn为n沟道、pnp为p沟道MESFET：肖特基结第75页/共87页4.6 异质结及其器件异质结及其器件异质结的材料两种不同半导体接触形成异质结同型（高低）异质结（ pP异质结、nN异质结

32、 ）异型（反型）异质结（ pN异质结、Pn异质结 ）单晶材料不同禁带宽度、介电常数、晶格常数、热膨胀系数不同晶格失配率：)(22121aaaa异质结界面形成悬挂键和界面态构成异质结的两种材料的晶格常数要匹配：21aa Ge和GaAs的晶格常数失配率约为0.13% GaAs 和AlGaAs的晶格常数失配率约0.14% 第76页/共87页异质结的能带结构异质结：窄能带隙材料（p或n）与宽能带隙材料（P或N）：pN异质结、Pn异质结、nN异质结、pP异质结宽带隙包纳窄带隙宽带隙与窄带隙交替错开宽带隙与窄带隙完全错开第77页/共87页异质结特性理想pN异质结热平衡能带图热平衡态，统一的费米能级真空能级

33、E 0连续电子亲和势始终不变耗尽层部分能级弯曲中性区（N区、p区）能级不弯曲N区能级向下平移eVD2p区能级向上平移eVD1eVDeVD1 eVD2第78页/共87页21DDDeVeVeV21CE)(1122ggvEEE)(12gggEEECgEE)()(2112ggEE2112FFEE第79页/共87页理想n-P异质结热平衡能带图内建电位为：据左图可得：第80页/共87页pnCE)(gnngppvEEE)(gngpgEEECgEE)()(pngngpEE第81页/共87页界面态对能带的影响：晶格常数不同即使在某温度时晶格常数相同热膨胀系数不同温度变化使晶格常数不相同引起晶格失配：)(2212

34、1aaaa晶格常数小的半导体材料界面产生悬挂键（不饱和价键）在界面两侧形成载流子势垒：受主型界面态：电子势垒施主型界面态：空穴势垒在界面两侧形成载流子势垒：受主型界面态：电子势垒施主型界面态：空穴势垒能带弯曲第82页/共87页异质结的电流输运机构突变异型异质结的电流输运机构扩散模型：假定载流子以扩散运动方式通过势垒用同质pn结中肖克莱理论发射模型：假定足够的热运动载流子克服势垒，从界面的一侧进入另一侧用肖特基势垒热电子发射理论第83页/共87页发射复合模型：假定热运动导致载流子越过界面界面态电子与空穴在界面态复合，形成界面态电流隧道模型：假定势垒尖峰的厚度很小，电子可以穿透隧道形成隧道电流隧道复合模型：界面复合效应、隧道复合效应 实际异质结电流输运很复杂，是多种电流机构的组合第84页/共87页pN加上正偏压时的能带（忽略能带尖峰）：无偏压，热平衡加正偏压正偏压很大，超注入偏压V1很大窄带区Egp的少数载流子（电子）浓度大于宽带区Egn的多数载流子（电子）浓度第85页/共87页肖克莱方程：21pnJJJ总电流：电子电流密度：空穴电流密度：电子注入比：00nnpppnPnpLDnLDJJ第86页/共87页感谢您的观看！第87页/共87页