半导体 PN结 总结

1、第二章 PN结1. PN结：由P型半导体和N型半导体实现冶金学接触（原子级接触）所形成的结构。 任何两种物质（绝缘体除外）的冶金学接触都称为结（junction）,有时也叫做接触（contact）。2. PN结是几乎所有半导体器件的基本单元。除金属半导体接触器件外，所有结型器件都由PN结构成。3. 按照杂质浓度分布，PN 结分为突变结和线性缓变结.突变结杂质分布 线性缓变结杂质分布4. 空间电荷区：PN结中，电子由N区转移至P区，空穴由P区转移至N区。电子和空穴的转移分别在N区和P区留下了未被补偿的施主离子和受主离子。它们是荷电的、固定不动的，称为空间电荷。空间电荷存在的区域称为空间电荷区。5

2、. 内建电场：P区和N区的空间电荷之间建立了一个电场空间电荷区电场，也叫内建电场。PN结自建电场：在空间电荷区产生缓变基区自建电场：基区掺杂是不均匀的，产生出一个加速少数载流子运动的电场，电场沿杂质浓度增加的方向，有助于电子在大部分基区范围内输运。大注入内建电场：在空穴扩散区（这有利于提高BJT的电流增益和频率、速度性能）。6. 内建电势差：由于内建电场，空间电荷区两侧存在电势差，这个电势差叫做内建电势差（用表示）。7. 费米能级：平衡PN结有统一的费米能级。准费米能级：当pn结加上外加电压V后，在扩散区和势垒区范围内，电子和空穴没有统一的费米能级，分别用准费米能级。8. PN结能带图热平衡能

3、带图平衡能带图非平衡能带图正偏压：P正N负反偏压：P负N正9. 空间电荷区、耗尽区、势垒区、中性区势垒区：N区电子进入P区需要克服势垒 ，P区空穴进入N区也需要克服势垒。于是空间电荷区又叫做势垒区。耗尽区：空间电荷区内的载流子完全扩散掉，即完全耗尽，空间电荷仅由电离杂质提供。这时空间电荷区又可称为 “耗尽区”。中性区：PN结空间电荷区以外的区域(P区和N区)。耗尽区主要分布在低掺杂一侧，重掺杂一边的空间电荷层的厚度可以忽略。10. 单边突变结电荷分布、电场分布、电势分布11. 载流子载流子：能够导电的自由粒子。 （电子，空穴）本征激发（热激发）：温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价

4、电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。（同时产生电子-空穴对）本征激发产生的的是平衡载流子复合：游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。过剩载流子（非平衡载流子）：由于受外界因素如光、电的作用，半导体中载流子的分布偏离了平衡态分布，称这些偏离平衡分布的载流子为过剩载流子。其他因素产生的偏离平衡态分布的载流子非平衡载流子。产生与复合是过剩载流子运动的主要形式。12.空间电荷效应 在PN结的中性区，有注入的过量非平衡少子，建立起一瞬间电场，此电场吸引过量的多子以中和注入的少子，并使电中性得以恢复。结果造成有很高的过量载流子浓度但无显著

5、的空间电荷效应。小注入： 产生过剩载流子的数量显著低于热平衡时的多子浓度，此时为小注入。半导体的导电性仍由自身掺杂条件决定。（内建电场决定）大注入： 如外加正向电压增大，致使注入的非平衡少子浓度达到或超过多子浓度时，称为大注入。此时，空间电荷效应显著，存在大注入电场。13. 本征半导体：没有掺入杂质的纯净半导体。杂质半导体：分N型和P型N型（电子型），自由电子是多数载流子，由杂质原子提供（杂质原子带正电荷 Nd+，施主杂质），空穴是少数载流子, 由热激发形成。P型（空穴型），空穴是多数载流子，主要由掺杂形成（Na-， 受主杂质），电子是少数载流子，由热激发形成。 14. 扩散和漂移扩散：从浓度

6、高到浓度低漂移：电场引起15. 少子扩散区：空间电荷区两侧中性区里一到几个扩散长度的区域内注入少子以扩散方式运动，这个区域称为少子扩散区，简称为扩散区。正向注入：正偏压使PN结N区多子电子从N区向P区扩散，使P区多子空穴从P区向N区扩散（这些载流子在进入对方区域之后成为对方区域中的少子）这种现象称为少子的正向注入。反向抽取：反偏PN结空间电荷区电场将N区少子空穴从N区向P区漂移，将P区少子电子从P区向N区漂移，这种现象称为载流子的反向抽取16. pn结电流电压关系正偏压下载流子输运情况 反偏压下载流子输运情况17. 正偏复合电流：正偏压使得空间电荷层边缘处的载流子浓度增加，以致pn>ni

7、2。这些过量载流子穿越空间电荷层，使得载流子浓度可能超过平衡值，预料在空间电荷层中会有载流子复合发生，相应的电流称为空间电荷区复合电流。反偏产生电流：反偏PN结空间电荷区pn<<ni2。这将引起非平衡载流子的产生从而引起反偏产生电流。18. pn结温度特性正偏压下，给定电流，电压随温度线性地减小，系数为-2mV/oC。给定电压，电流随温度升高而迅速增加。在室温时，每增加10oC，电流约增加1倍。19.pn击穿热击穿：当pn结外加反向偏压增加时，对应于反向电流所损耗的功率增大，产生的热量也增加，从而引起结温上升，而结温的升高又导致反向电流增大。隧道击穿：掺杂浓度十分高时，耗尽区宽度变

8、得很窄，耗尽区内的电场高达106Vcm-1。这种情况下，价带电子可以直接穿过禁带到达导带，成为自由电子，引起电流迅速增加。雪崩击穿：耗尽区中的载流子受到该区电场加速而不断增加能量，当能量达到足够大时，载流子与晶格碰撞时产生电子-空穴对。新产生的电子-空穴对又在电场作用下加速，与原子碰撞再产生第三代电子-空穴对。如此继续，产生大量导电载流子，电流迅速上升。雪崩击穿的条件：电场足够强，能产生碰撞电离。空间电荷区足够宽，引起雪崩倍增。反偏压到一定程度时，会产生雪崩击穿。影响雪崩击穿电压的因素：杂质浓度及杂质分布（掺杂浓度越高，雪崩击穿电压越低）、外延层厚度、棱角电场、表面状况及工艺因素、温度（电压随

9、温度升高而增大）20. 扩散电容、势垒电容扩散电容是正偏压下PN结存贮电荷随偏压变化引起的电容，随直流偏压的增加而增加。势垒电容和扩散电容的区别：21. PN结等效电路22. pn结开关特性PN结二极管处于正向偏置时，允许通过较大的电流，处于反向偏置时通过二极管的电流很小。贮存时间：PN结在反偏压下去除全部贮存电荷所需要的时间。影响因素：双极晶体管1. 基本结构2. 放大时能带图、电流分布图、基区少子浓度分布图3. 晶体具有放大能力的条件发射结（e）正偏，集电结（c）反偏。4. 发射效率、基区运输因子提高晶体管电流放大系数的主要措施：减小基区宽度增大载流子扩散长度降低发射区与基区的方块电阻的比值改善器件表面状况，减小表面复合提高基区自建电场因子5. Ebers-Moll模型等效电路图互易关系：6. 共基极和共射极