2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：平衡P－N結(jié)的能帶圖

平衡P－N結(jié)的能帶圖平衡P－N結(jié)的能帶圖：

平衡P－N結(jié)的能帶圖(同質(zhì)結(jié))接觸前能帶圖P型N型，電子由N區(qū)流向P區(qū)，空穴由P區(qū)流向N區(qū)，導(dǎo)致EFN不斷下移，EFP不斷上移，直至，達(dá)到平衡態(tài)，這時P－N結(jié)中有統(tǒng)一的費(fèi)米能級EF,平衡P－N結(jié)中費(fèi)米能級處處相等標(biāo)志了每種載流子的擴(kuò)散電流和漂移電流互相抵消，P－N結(jié)中無凈電流。結(jié)PNPN強(qiáng)調(diào)：P－N結(jié)的接觸電勢差即空間電荷區(qū)由正電荷端至負(fù)電荷端的電勢差。V0>0P－N結(jié)接觸電勢差：

平衡P－N結(jié)的能帶圖平衡P－N結(jié)中電勢多子渡越P－N結(jié)時，必須克服高度為eV0的勢壘；少子的渡越則在P－N結(jié)自建電場作用下進(jìn)行。若令P區(qū)電勢為零，則N區(qū)電勢為V0，電勢分布由P區(qū)至N區(qū)升高，平衡態(tài)P－N結(jié)的空間電荷區(qū)兩端間的電勢差V0，稱為P－N結(jié)的接觸電勢差，相應(yīng)的電子電勢能之差即能帶的彎曲量eV0稱為P－N結(jié)的勢壘高度（故P－N結(jié)的空間電荷區(qū)又稱為勢壘區(qū)）。N區(qū)平衡電子濃度P區(qū)平衡電子濃度兩式相除取對數(shù)得：強(qiáng)電離區(qū)，則則V0和溫度、材料的禁帶寬度、P－N結(jié)兩邊的摻雜濃度有關(guān)。在一定溫度下，結(jié)兩邊摻雜濃度越高，V0越大；Eg越大，則ni越小，V0越大。所以SiP－N結(jié)的V0比GeP－N結(jié)的V0大。若NA＝1017cm－3，ND＝1015cm－3，在室溫下，Si的V0＝0.7V,Ge的V0＝0.32V。上式可表示為：而：則：(8.107)(8.106)由(8.107)式得到(8.108)對非簡并半導(dǎo)體：？(8.109)半導(dǎo)體的電子功函數(shù)都比較大（幾個eV），在室溫下電子實(shí)際上不會離開半導(dǎo)體，但電子可以克服勢壘從N區(qū)過渡到P區(qū)。

在區(qū)，負(fù)空間電荷由電離受主雜質(zhì)濃度決定：P－N結(jié)空間電荷區(qū)長度：PNP－N結(jié)的空間電荷區(qū)P－N結(jié)的空間電荷區(qū)計算：

(8.110)則該區(qū)泊松方程式為：在區(qū)，正空間電荷由電離施主雜質(zhì)濃度決定：則該區(qū)泊松方程式為：(8.112)(8.114)邊界條件為：(8.115)在區(qū)，(8.112)(8.117)(8.116)解為：在區(qū)，平衡P－N結(jié)中電勢(8.118)在x＝0處，電勢及其導(dǎo)數(shù)是連續(xù)的：(8.119)(8.120)則代入(8.117)和(8.118)，得：(8.122)平衡P－N結(jié)中電勢表示：半導(dǎo)體兩邊的空間電荷數(shù)相等，即電中性條件將代入(8.117)和(8.118)，得到P－N接接觸電勢差：(8.124)(8.123)則P－N結(jié)空間電荷層總長度x0為：所以，N區(qū)和P區(qū)摻雜濃度越高，x0

越小。平衡P－N結(jié)中電勢P－N結(jié)的載流子分布：

平衡時，系統(tǒng)有統(tǒng)一的費(fèi)米能級，則或：平衡P－N結(jié)中電勢平衡P－N結(jié)的能帶圖

：x處與P區(qū)體內(nèi)電勢差P－N結(jié)的載流子分布：

同理，可求得P－N結(jié)空穴濃度分布為：利用P－N結(jié)的載流子濃度分布公式n(x)、p(x)，可以估算勢壘區(qū)各處的