固体与半导体物理第七章年PPT讲稿.ppt
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1、第1页,共59页,编辑于2022年,星期六合金法合金法离子注入法离子注入法扩散法扩散法外延生长法外延生长法1.1.突变结突变结在结处杂质分布突然变化在结处杂质分布突然变化2.2.缓变结缓变结在结处杂质分布随距离变化在结处杂质分布随距离变化第2页,共59页,编辑于2022年,星期六(二二)p)pn n结的空间电荷区结的空间电荷区1.1.空间电荷区空间电荷区 载流子浓度不均匀产生扩散载流子浓度不均匀产生扩散2.2.自建场自建场从从n n区指向区指向p p区区平衡时,扩散运动平衡时,扩散运动=漂移运动漂移运动 空间电荷区和自建场一定空间电荷区和自建场一定 P Pn n结处于平衡态结处于平衡态第3页,
2、共59页,编辑于2022年,星期六(三)能带图三)能带图1.1.载流子的扩散是由于两区费米能级不一致所引起的载流子的扩散是由于两区费米能级不一致所引起的2.2.平衡平衡p-np-n结,具有统一的费米能级结,具有统一的费米能级第4页,共59页,编辑于2022年,星期六3.3.能带弯曲的原因能带弯曲的原因自建场自建场从从n区区 p区区电势电势 V(x)V(x)从从n n区到区到 p p区区电势能电势能qV(x)qV(x)从从n n区到区到 p p区区(四四)p-n)p-n结的接触电势差结的接触电势差接触电势差接触电势差p p区和区和n n区电势之差区电势之差势垒高度势垒高度 从载流子浓度公式如何理
3、解?从载流子浓度公式如何理解?第5页,共59页,编辑于2022年,星期六势垒区势垒区空间电荷区空间电荷区结区结区与哪些因素有关?与哪些因素有关?n n区平衡电子浓度区平衡电子浓度P P区平衡电子浓度区平衡电子浓度同为一区域同为一区域第6页,共59页,编辑于2022年,星期六(五五)P Pn n结的载流子分布结的载流子分布P P区电势低于区电势低于n n区电势区电势(1)1)电势电势V(x)V(x)p p区:区:n n区:区:势垒区中任一点势垒区中任一点x x的电势的电势V(x)V(x)为正值为正值常温下,杂质全电离常温下,杂质全电离第7页,共59页,编辑于2022年,星期六(2)电势能电势能q
4、V(x)势垒区内任一点势垒区内任一点x x处的电势能处的电势能比比n n区电子的电势能高区电子的电势能高(3)(3)势垒区内载流子分布势垒区内载流子分布A:A:势垒区内势垒区内x x处的电子浓度处的电子浓度第8页,共59页,编辑于2022年,星期六B:B:势垒区内势垒区内x x处的空穴浓度处的空穴浓度(4)4)估算势垒区内某一处的载流子浓度估算势垒区内某一处的载流子浓度 A:A:假如假如x x处的势能比处的势能比n n区势能高区势能高0.1ev0.1ev第9页,共59页,编辑于2022年,星期六B:结区的载流子浓度很小,已经耗尽。结区的载流子浓度很小,已经耗尽。耗尽区耗尽区二二.非平衡非平衡p
5、 pn n结结正向正向反向反向P Pn n结的伏安特性结的伏安特性第10页,共59页,编辑于2022年,星期六P Pn n结的单向导电性是因为势垒的存在结的单向导电性是因为势垒的存在(一)正向偏压下(一)正向偏压下p pn n结的特性结的特性非子的注入非子的注入 1.p1.pn n结势垒的变化结势垒的变化势垒高度降低势垒高度降低势垒宽度变窄势垒宽度变窄扩散扩散复合复合第11页,共59页,编辑于2022年,星期六载流子的扩散运动大于漂移运动载流子的扩散运动大于漂移运动电子从电子从n n区到区到p p区,空穴从区,空穴从p p区到区到n n区的净扩散流区的净扩散流构成从构成从p p区到区到n n区
6、的正向电流区的正向电流 2.2.载流子在势垒区外的运动载流子在势垒区外的运动(1 1)非子的注入)非子的注入在在 处存在电子的积累,成为处存在电子的积累,成为p p区的非平衡少数载流子区的非平衡少数载流子 在在 处存在空穴的积累,成为处存在空穴的积累,成为n区的非平衡少数载流子区的非平衡少数载流子外加电压,使非平衡载流子进入半导体的过程外加电压,使非平衡载流子进入半导体的过程 非子电注入非子电注入(2 2)扩散区)扩散区第12页,共59页,编辑于2022年,星期六 在该区完成了少子扩散电流与多子漂移电流的转换在该区完成了少子扩散电流与多子漂移电流的转换(3)(3)中性区中性区载流子浓度接近平衡
7、值载流子浓度接近平衡值主要是多子的漂移电流主要是多子的漂移电流 通过任一截面通过任一截面电子电流和空穴电流不相等电子电流和空穴电流不相等电流连续性原理电流连续性原理通过任一截面的总电流相等通过任一截面的总电流相等空空 穴穴 扩扩 散散电电 子子 漂漂 移移电电 子子 扩扩 散散空空 穴穴 漂漂 移移第13页,共59页,编辑于2022年,星期六 3.正向正向pn结能带图结能带图平衡平衡p pn n结能带图结能带图正向偏压下正向偏压下p pn n结能带图结能带图(1)(1)势垒区和扩散区存在非子势垒区和扩散区存在非子(2)(2)中性区非子基本复合完毕中性区非子基本复合完毕电流通过电流通过p pn
8、n结结第14页,共59页,编辑于2022年,星期六 4.Pn结正向电流公式结正向电流公式第15页,共59页,编辑于2022年,星期六平衡平衡p pn n结结正向偏压下正向偏压下第16页,共59页,编辑于2022年,星期六同样同样第17页,共59页,编辑于2022年,星期六(二(二)反向偏压下反向偏压下p pn n结的特性结的特性非子的产生非子的产生 1.P 1.Pn n结势垒的变化结势垒的变化在反偏下在反偏下势垒区加宽势垒区加宽势垒高度增高势垒高度增高漂移运动大于扩散运动漂移运动大于扩散运动 2.2.少子的抽取少子的抽取边界处的少子扫向对方,体内补充边界处的少子扫向对方,体内补充 少子的抽取少
9、子的抽取扩散扩散 抽取抽取第18页,共59页,编辑于2022年,星期六 3.3.反向反向p pn n结的能带图结的能带图第19页,共59页,编辑于2022年,星期六(1 1)势垒区和扩散区存在非子)势垒区和扩散区存在非子正偏正偏反偏反偏(2 2)正偏正偏反偏反偏扩散区存在少子注入扩散区存在少子注入扩散区存在少子抽取扩散区存在少子抽取这两个区这两个区4.P4.Pn n结反向电流公式结反向电流公式反向饱和电流密度反向饱和电流密度第20页,共59页,编辑于2022年,星期六(三)理想(三)理想p pn n结的电流电压公式结的电流电压公式1.1.小注入小注入2.2.突变耗尽层突变耗尽层3.3.忽略势垒
10、区中载流子的产生和复合忽略势垒区中载流子的产生和复合4.4.载流子分布满足玻尔兹曼分布载流子分布满足玻尔兹曼分布从从p p区流向区流向n n区的正向电流区的正向电流从从n n区流向区流向p p区的反向电流区的反向电流 实际实际pn结的电流电压公式与理想有较大的偏差结的电流电压公式与理想有较大的偏差第21页,共59页,编辑于2022年,星期六三三.p.pn n结电容结电容“存存”“”“放放”电荷的特性电荷的特性1.1.势垒电容势垒电容正偏正偏反偏反偏 势垒区的空间电荷数量随势垒区的空间电荷数量随 外加电压的变化所产生的电容效应外加电压的变化所产生的电容效应发生在势垒区发生在势垒区第22页,共59
11、页,编辑于2022年,星期六2.扩散电容扩散电容 扩散区的电荷数量随扩散区的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应外加电压的变化所产生的电容效应发生在扩散区发生在扩散区3.3.说明说明(1)(1)电容值随外加电压变化电容值随外加电压变化 可变电容可变电容(2)(2)反偏时,势垒电容为主,扩散电容很小反偏时,势垒电容为主,扩散电容很小正偏时,既有势垒电容,也有扩散电容正偏时,既有势垒电容,也有扩散电容(3 3)势垒电容效应明显,扩散电容效应不明显)势垒电容效应明显,扩散电容效应不明显第23页,共59页,编辑于2022年,星期六四四.p.pn n结击穿结击穿击穿电压击穿电压1.1.雪崩击穿雪崩击
12、穿 碰撞电离引起载流子倍增碰撞电离引起载流子倍增碰撞电离使载流子浓度急剧增加的效应为载流子倍增效应碰撞电离使载流子浓度急剧增加的效应为载流子倍增效应反偏压很大反偏压很大势垒区电场很强势垒区电场很强第24页,共59页,编辑于2022年,星期六A:A:势垒高度势垒高度B:B:能带很倾斜能带很倾斜 C:P C:P区价带顶比区价带顶比n区导带底高区导带底高D:AD:A点电子能量和点电子能量和B点电子能量相等点电子能量相等E:pE:p区区A A点电子有一定点电子有一定几率几率 穿过禁带进入穿过禁带进入n区导带的区导带的B点点2.2.隧道击穿隧道击穿(齐纳击穿)齐纳击穿)在强电场作用下,发生隧道效应在强电
13、场作用下,发生隧道效应F:F:短到一定程度,大量电子从短到一定程度,大量电子从p p区区 价带通过隧道穿透,进入价带通过隧道穿透,进入n n区导带区导带G:G:反向电流反向电流,p pn n结发生隧道击穿结发生隧道击穿第25页,共59页,编辑于2022年,星期六(三)两种击穿的主要区别(三)两种击穿的主要区别1.1.隧道击穿隧道击穿 主要取决于外场主要取决于外场雪崩击穿雪崩击穿 除与电场有关除与电场有关 还与势垒区宽度有关还与势垒区宽度有关 2.隧道击穿隧道击穿雪崩击穿雪崩击穿3.一般掺杂一般掺杂 雪崩击穿为主雪崩击穿为主 重掺杂重掺杂 隧道击穿为主隧道击穿为主第26页,共59页,编辑于202
14、2年,星期六7.2 半导体表面半导体表面表面状态的变化会影响半导体器件的稳定性、可靠性表面状态的变化会影响半导体器件的稳定性、可靠性利用表面效应可制作利用表面效应可制作MOS器件、器件、CCD器件、表面发光器件等器件、表面发光器件等 一一.纯净表面和实际表面纯净表面和实际表面 纯净表面纯净表面 没有杂质吸附层和氧化层的理想表面没有杂质吸附层和氧化层的理想表面(1)超高真空下解理)超高真空下解理(2)高温加热)高温加热(3)离子轰击)离子轰击 实际表面实际表面外外表表面面内内表表面面 与体内晶体结构不同的原子层与体内晶体结构不同的原子层第27页,共59页,编辑于2022年,星期六 二二.表面态表
15、面态(1)从能带角度)从能带角度当晶体存在表面,在垂直表面方向成了半无限周期势场当晶体存在表面,在垂直表面方向成了半无限周期势场表面存在而产生的附加电子能级表面存在而产生的附加电子能级表面能级表面能级对应的电子能态对应的电子能态表面态表面态第28页,共59页,编辑于2022年,星期六(2)从化学键角度)从化学键角度表面是原子周期排列终止的地方表面是原子周期排列终止的地方未饱和键悬挂键未饱和键悬挂键纯净表面的表面态密度为纯净表面的表面态密度为实际表面的表面态密度实际表面的表面态密度 三三.表面电场效应表面电场效应1.表面电场表面电场(1)表面态与体内电子态之间交换电子)表面态与体内电子态之间交换
16、电子(2)金属半导体接触)金属半导体接触(3)MOS结构和结构和MIS结构结构第29页,共59页,编辑于2022年,星期六2.空间电荷层及表面势空间电荷层及表面势(1)n型型P型型A:电子从体内转移到表面态电子从体内转移到表面态 表面受主态表面受主态B:正空间电荷层正空间电荷层第30页,共59页,编辑于2022年,星期六C:表面势为表面势为D:空间电荷层能带弯曲空间电荷层能带弯曲电子势垒电子势垒空穴势阱空穴势阱n型型P型型(2)n型型P型型第31页,共59页,编辑于2022年,星期六A:电子从表面态转移到体内电子从表面态转移到体内 表面施主态表面施主态B:负空间电荷层负空间电荷层C:表面势表面
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- 固体 半导体 物理 第七 PPT 讲稿
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