北京師范大學(xué)物理系學(xué)士學(xué)位論文答辯

1、半導(dǎo)體半導(dǎo)體PN結(jié)特性的表征結(jié)特性的表征及視頻制作及視頻制作答辯人：陽蒙強 學(xué)號：201011141921指導(dǎo)老師：王引書 教授2014年5月22日目錄頁目錄頁contents0101選題背景選題背景0202實驗原理實驗原理0303實驗結(jié)果及分析實驗結(jié)果及分析0404視頻展示視頻展示1 1、選題、選題半導(dǎo)體PN結(jié)具有單向?qū)щ娦缘奶攸c，可以用于整流、檢波，是制造二極管、三級管的物質(zhì)基礎(chǔ)。半導(dǎo)體器件大量使用在電子產(chǎn)品中，是制造半導(dǎo)體二極管、三極管、CCD、CPU的重要材料。-電子產(chǎn)業(yè)的糧食電子產(chǎn)業(yè)的糧食-一種重要的半導(dǎo)體器件一種重要的半導(dǎo)體器件背景背景1 1、選題、選題意義意義 中學(xué)生在日常生活中

2、就已經(jīng)接觸了很多半導(dǎo)體器件，講授一些半導(dǎo)體PN結(jié)的知識可以讓他們更好地將物理學(xué)習(xí)與日常生活聯(lián)系起來。 通過I-V測量，C-V測量以及深能級瞬態(tài)譜的測量，可以讓學(xué)生更加全面地和較為深入地認識半導(dǎo)體PN結(jié)。2 2、理論分析、理論分析P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體，中摻入少量三價元素雜質(zhì)形成以空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少數(shù)載流子P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中摻入五價原子，如磷等形成以電子導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。N型半導(dǎo)體2 2、理論分析、理論分析PN結(jié)的形成P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體緩變結(jié)擴散作用外延法生長突變結(jié)2 2、理論分析、理論分析同質(zhì)PN結(jié)能帶結(jié)構(gòu)及

3、勢壘的形成2 2、理論分析、理論分析PN結(jié)I-V特性正向電壓反向電壓2 2、理論分析、理論分析PN結(jié)I-V特性2 2、設(shè)計理論、設(shè)計理論PN結(jié)C-V特性在耗盡近似的情況下，突變結(jié)空間電荷區(qū)的電子電勢變化可以由泊松方程描述：220,0d VNexddx 積分可得：202DNeVVd勢壘區(qū)單位面積的電荷：Q=eNd，則：1 202()DQeN VV( )/C VdQ dV定義微分電容：單位面積的微分電容為1/20( )2()DeNC VVV2 2、設(shè)計理論、設(shè)計理論PN結(jié)的勢壘電容計入結(jié)面積后上式可以改寫為：22012()CSDVVeN在不同電壓V下測量電容，做1/C2V曲線可以得到一條直線，由其

4、斜率可以求出雜質(zhì)濃度N，從直線在V軸上的截距可以求出結(jié)的勢壘高度VD。2 2、設(shè)計理論、設(shè)計理論PN結(jié)的深能級瞬態(tài)電容 深能級是半導(dǎo)體禁帶范圍內(nèi)，與靠近導(dǎo)帶和價帶的淺能級相比，處于較深能量狀態(tài)的能級。 雜質(zhì)缺陷產(chǎn)生的深能級分布在禁帶中較寬的范圍內(nèi)，能起陷阱和復(fù)合中心以及發(fā)光中心的作用，對結(jié)電容和電導(dǎo)率有影響，但與淺能級相比這種影響隨溫度而改變。 淺能級決定著半導(dǎo)體的電導(dǎo)率和結(jié)電容，除在77K以下的極低溫度范圍內(nèi)，其對電導(dǎo)率和結(jié)電容的影響基本不隨溫度變化?？梢酝ㄟ^電橋平衡掉淺能級結(jié)電容，通過放大增益和改變溫度探測到深能級瞬態(tài)電容。2 2、理論分析、理論分析PN結(jié)的勢壘電容圖1 深能級充放電示意圖

5、、結(jié)電容的變化及反偏下pn結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)圖2 2、理論分析、理論分析PN結(jié)的勢壘電容結(jié)電容：2/100)(2)( RDVVeNVC對結(jié)施加零偏壓脈沖(多子脈沖)，可使原耗盡區(qū)中的深能級充以電子。此時結(jié)電容為：2/101)(2)( DDVeNVC VR脈沖過后pn結(jié)仍恢復(fù)反向偏置，結(jié)電容下降為：2/102)( 2)(RDVVeNVCNNCNNCCCCtt2)(0020電容的該變量：2 2、理論分析、理論分析PN結(jié)的深能級瞬態(tài)電容對于P+N結(jié)：0( )( )exp(/)eC tC tCCt 深能級放電過程中NT（ET）上電子（或空穴）濃度nT(t)(或pT(t)，隨時間t指數(shù)減少：( )() exp

6、(/)TTTen tNEt( )() exp(/)TTTep tNEt在NDNT的條件下，深能級瞬態(tài)電容為：102()( )2()sDTtRDqNNnC tSVV ( )(1exp(/)Ten tNt2 2、理論分析、理論分析PN結(jié)的深能級瞬態(tài)譜2 2、理論分析、理論分析PN結(jié)深能級瞬態(tài)譜對于譜峰點：C=0TTCEEETkEAT 1ln1ln2可以得到：211212 ln(/ )ln3ttttt s25nt1 實驗中VD1信號：，n=5,10,20,50t2/t1=3VD2信號：1250tns，n=5,10,20,502 2、理論分析、理論分析PN結(jié)的勢壘電容從實驗上得到e作為溫度的函數(shù): 11ln2TT由曲線的斜率確定Ec-ET值，即深能級雜質(zhì)的電離能3 3、結(jié)果及視頻I-V特性3 3、結(jié)果及視頻C-V特性3 3、結(jié)果及視頻C-V特性接觸電勢差VD=0.7846V淺能級雜質(zhì)濃度N=8.661018cm-33 3、結(jié)果及視頻深能級瞬態(tài)譜3 3、結(jié)果及視頻多子峰13 3、結(jié)果及視頻多子峰23 3、結(jié)果及視頻多子峰33 3、結(jié)果及視頻可能摻雜的深能級雜質(zhì)峰1，峰2，峰3對應(yīng)的斜率分別為：-3146，-4046，-5399玻爾茲曼常量kB=8.6173357*10-5eV/K，利用（EC-ET）= kB*k。得到（EC-ET）分別為：0.271eV，0.