半導(dǎo)體物理課程PN結(jié)自習(xí)報(bào)告

《半導(dǎo)體物理》課程PN結(jié)自習(xí)報(bào)告2021--2022學(xué)年度第一學(xué)期1PN結(jié)簡(jiǎn)介采用不同的摻雜工藝，通過(guò)擴(kuò)散作用，在一塊完整雜工藝使其一邊形成N型半導(dǎo)體，另一邊形成P型半導(dǎo)體，我們稱(chēng)兩種半導(dǎo)體圖1PN結(jié)結(jié)構(gòu)示意圖2PN結(jié)特性PN結(jié)最顯著也是應(yīng)用最廣泛的特性是其單向?qū)щ娦院蛽舸┨匦裕请娮蛹夹g(shù)中許多器件所利用的特性，例如二極管、三極管。都是依靠PN結(jié)的單向圖2PN結(jié)加正向電壓時(shí)圖3PN結(jié)加反向電壓時(shí)電阻是很大的，可以認(rèn)為是不導(dǎo)通。這樣就說(shuō)明了PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?PN特性的應(yīng)用PN結(jié)基本特性可以制造多種功能的晶體管，在不同的領(lǐng)域發(fā)揮太陽(yáng)能電池作為新能源之一，在解決碳中和問(wèn)題上可以發(fā)揮巨大的作用。太陽(yáng)能電池生產(chǎn)因此,如果能夠保證電池有良好的歐姆接觸,又可以提高電池的短路電流和開(kāi)路電壓,將大大有效檢測(cè)，使氧傳感器在測(cè)量精度、敏感范圍、高環(huán)境適應(yīng)性、小中性區(qū)上制作Pt檢測(cè)電極，SiO2層區(qū)域制作Pt加熱電極，有源區(qū)n結(jié)及檢測(cè)Pt電極上表面利紫外探測(cè)器因在火焰探測(cè)、臭氧層空洞監(jiān)測(cè)、紫外通信、國(guó)防預(yù)警與跟蹤等方面具有廣泛應(yīng)半導(dǎo)體-金屬（MSM）結(jié)構(gòu),基于該結(jié)構(gòu)的紫外探測(cè)器往往具技術(shù)（PLD）在GaN厚膜上生長(zhǎng)Ga2O3薄膜,制備獲得了GaN/Ga2O3pn結(jié)應(yīng)度及高的探測(cè)率,展現(xiàn)出較好的自供電紫外探測(cè)器特性。相對(duì)于市場(chǎng)上其他紫外探測(cè)器有明顯的優(yōu)點(diǎn)PN結(jié)現(xiàn)象距離我們已經(jīng)有幾十年、近百年的歷史與新的應(yīng)用在不斷發(fā)現(xiàn)。PN結(jié)依舊具有重大的研的領(lǐng)域有所突破意味著整個(gè)電子行業(yè)都有可能迎來(lái)發(fā)展機(jī)會(huì)。另一方面，我們學(xué)習(xí)電子的過(guò)程中也應(yīng)該從基礎(chǔ)學(xué)起，學(xué)號(hào)PN結(jié)這類(lèi)基礎(chǔ)的理論才能5參考文獻(xiàn)[4]基于GaN/Ga2O3pn結(jié)自供電紫外探測(cè)器的制備及性能研究[D].時(shí)浩澤.浙江理工大《半導(dǎo)體物理》課程PN結(jié)自習(xí)報(bào)告2021--2022學(xué)年度第一學(xué)期PN結(jié)的工作原理及其應(yīng)用二極管、三極管及可控硅等許多半導(dǎo)體器件的于是在交界面處產(chǎn)生了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。P型區(qū)的空穴向N型區(qū)擴(kuò)散，因失去空穴而帶負(fù)電；而N型區(qū)的電子向P型區(qū)擴(kuò)散，因失去電被削弱，使得阻擋層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)因此增強(qiáng)。這樣有少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成了反向電流。由于少時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)效果不等于漂移運(yùn)動(dòng)效果，因而PN內(nèi)載流子濃度很小，電阻很大，耗盡層外的P區(qū)和N區(qū)中載流子濃度電阻很小，所以外加正向偏壓基本降落在耗盡層。此時(shí)外電場(chǎng)將多數(shù)載向耗盡層使其變窄，削弱了內(nèi)電場(chǎng)，破壞了原來(lái)的平衡，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)效果漂移運(yùn)動(dòng)效果減弱。由于電源的作用，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)將源源不斷地進(jìn)行，從N區(qū)的空穴流，這種由于外加正向偏壓的作用使非平衡載流子進(jìn)人半導(dǎo)程稱(chēng)為非平衡載流子的電注入，即PN結(jié)的導(dǎo)通壓產(chǎn)生的電場(chǎng)與內(nèi)建電場(chǎng)方向一致。致使耗盡層的電場(chǎng)壞了載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)之間的原有平衡，增流大于擴(kuò)散流。形成漂移電流，扼制了擴(kuò)散電流，因少度基本不變化。所以反向偏壓時(shí)少子的濃度梯度也較小邊界處的少子可以認(rèn)為是零。這時(shí)少子的濃度梯度不再流也不隨電壓變化，所以在反向偏壓下，pn結(jié)的電流較小并且趨于不變即PN電容。PN結(jié)上外加電壓的變化，引起勢(shì)壘區(qū)的空間電別的，通常的電容器能隔直流，而PN結(jié)則明顯的通過(guò)直流。因此不能用PN結(jié)為真空電容率或真空介電常數(shù)，N。為低摻雜少數(shù)載流子電子和N區(qū)的少子空穴會(huì)隨偏壓的增大而指地方，少數(shù)載流子多，遠(yuǎn)離PN結(jié)時(shí)，少數(shù)載流子數(shù)目減少，故有電容效應(yīng)，我在同一塊硅片上,在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)稱(chēng)PN結(jié)。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN結(jié)有同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)兩種。用同一種半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)叫同質(zhì)結(jié)，由禁帶寬度不同的兩種半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)叫異質(zhì)結(jié)。在P型半目前的主要應(yīng)用是利用PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，制造元器件。如：半?dǎo)體整紀(jì)最不可或缺的重要技術(shù)之一，在國(guó)家安全與經(jīng)濟(jì)競(jìng)空間電荷區(qū)的載流子在反偏電壓下與晶格原子發(fā)生碰撞，從價(jià)鍵上碰撞出電子，形成電子-空穴其三，LED發(fā)光二極管，LED發(fā)光二極管是當(dāng)今照明領(lǐng)域中最具發(fā)展前景的照明產(chǎn)品之一，發(fā)光抗沖擊穿性能好，功耗低，壽命長(zhǎng)，無(wú)污染等特點(diǎn)。由于LED的P【1】劉恩科,朱秉升，羅晉升.半導(dǎo)體物理學(xué),第三版[M].北京：電子工業(yè)出版社.【3】鄒建，扶新.雪崩光電二極管溫漂特性的實(shí)驗(yàn)研究[J]壓電與聲光.【4】劉樹(shù)林，張華曹，柴常春.半導(dǎo)體器件物理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2誠(chéng)信考試，誠(chéng)信做人。答1）PN結(jié)的結(jié)構(gòu)：們的交界處就出現(xiàn)不同載流子的濃度差。因此，空穴會(huì)從p區(qū)向n正電荷區(qū)；在PN結(jié)附近n區(qū)一側(cè)出現(xiàn)了負(fù)電荷區(qū)，即形成了空間電荷區(qū)。在空間電荷區(qū)形成后，由于正負(fù)電荷之間的相互作了內(nèi)建電場(chǎng)，其方向是從帶正電的n區(qū)指向帶負(fù)電的p區(qū)。顯然，這方向與載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方向相反，因此內(nèi)建電場(chǎng)起著阻礙的作用。同時(shí)，內(nèi)建電場(chǎng)將使n區(qū)的空穴向p區(qū)漂移，使p區(qū)的電子向n區(qū)漂移，即漂移運(yùn)動(dòng)的方向正好與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反。從n區(qū)漂移到p正向偏壓在勢(shì)壘區(qū)中產(chǎn)生了與內(nèi)建電場(chǎng)方向相反的電場(chǎng)，因而減弱了勢(shì)壘區(qū)的電荷數(shù)量的改變，從而顯現(xiàn)電容效應(yīng)。當(dāng)所加的正向偏壓升高時(shí)，PN結(jié)變窄，空間電荷區(qū)變窄，結(jié)中空間電荷量減少，相當(dāng)于電容放電。同理，當(dāng)正向偏壓保持電中性的空穴也相應(yīng)增加，即擴(kuò)散區(qū)的電荷數(shù)量隨外加電壓變化而變化，雪崩擊穿：載流子漂移速度隨內(nèi)部電場(chǎng)的增強(qiáng)而相應(yīng)加快到一定程度時(shí)，其動(dòng)能足以把束縛在共價(jià)鍵中的價(jià)電子碰撞出來(lái)，產(chǎn)生自由電子—空穴對(duì)，新產(chǎn)生的載流子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，再去碰撞其它中性原子，又產(chǎn)生新的自由電子—空穴對(duì)，如此連鎖反應(yīng)，使得載流子數(shù)量急劇增加，從而引起雪崩擊穿。雪在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，由于隧道效應(yīng)，使大量電子從價(jià)帶穿過(guò)禁帶而進(jìn)入導(dǎo)帶引反向電壓逐漸增大時(shí)，對(duì)于一定的反向電流所損耗的功率也增大，這將產(chǎn)生大量熱量。如果沒(méi)有良好的散熱條件使這些熱能及時(shí)傳遞出去，則將引起結(jié)溫上p區(qū)價(jià)帶中的電子可能穿過(guò)禁帶到n區(qū)導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生2.舉例說(shuō)明PN結(jié)在某一方面的應(yīng)用。等，所以在電子電路中的過(guò)熱和過(guò)載保護(hù)、工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域的溫度控制和醫(yī)而反向電流IS滿(mǎn)足元件，把敏感元件、放大電路和補(bǔ)償電路集成在同一芯片上的溫度傳感器，主我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程和電子信息產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高速增長(zhǎng)，帶動(dòng)了傳感器市場(chǎng)的快速崛起，而溫度傳感器作為一種重要的傳感器，占整個(gè)傳感器總需求量人流量和風(fēng)速測(cè)量、液位指示、紫外光和紅外光測(cè)量、微波功率測(cè)量等，廣泛應(yīng)用于彩電、電腦彩色顯示器、開(kāi)關(guān)電源、熱水器、冰箱、家用設(shè)備、汽車(chē)等誠(chéng)信考試，誠(chéng)信做人。產(chǎn)生及復(fù)合作用:(4）玻耳茲曼邊界條件—─在耗盡層兩端，載流子分布滿(mǎn)足誠(chéng)信考試，誠(chéng)信做人。圖表2理想pn結(jié)的J-V曲線誠(chéng)信考試，誠(chéng)信做人。誠(chéng)信考試，誠(chéng)信做人。太陽(yáng)能電池發(fā)電的原理是基于半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)將太陽(yáng)輻射直接轉(zhuǎn)換誠(chéng)信考試，誠(chéng)信做人。極并接入電壓表。對(duì)晶體硅太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，開(kāi)路電壓的典型數(shù)值為0.5~《半導(dǎo)體物理》課程PN結(jié)自習(xí)報(bào)告2021--2022學(xué)年度第一學(xué)期在一塊n型（或p型）半導(dǎo)體單晶上，用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ǎㄈ绾辖鸱ǖ牟煌瑓^(qū)域分別具有n型和p型的導(dǎo)電類(lèi)型，在兩者的交界面處就形成了pn電荷嚴(yán)格平衡空穴電荷。因此，單獨(dú)的n型和p型半導(dǎo)體是電中性的。留下了不可動(dòng)的帶負(fù)電荷的電離受主，這些電離受主，沒(méi)離施主和電離受主所帶的電荷稱(chēng)為空間電荷。它們所存在小，所以外加正向偏壓基本降落在勢(shì)壘區(qū)。正向偏壓電場(chǎng)方向相反的電場(chǎng)，因而減弱了勢(shì)壘區(qū)中的電場(chǎng)強(qiáng)壘區(qū)電場(chǎng)增強(qiáng)，破壞了載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)關(guān)系迅速增大。在室溫下，k0T/q=0.026V，為負(fù)號(hào)表示電流密度方向與正向時(shí)相反。而且反向電流密度為常量，與外加J∝T^(3+γ/2)exp[(qVf當(dāng)反向電壓超過(guò)一定數(shù)值后，反向電流急劇增加，稱(chēng)為反向擊穿。而擊穿在高摻雜的情況下，因耗盡層寬度很窄，不大的反向電壓就可以在耗盡層形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，而直接破壞共價(jià)鍵，是價(jià)電子脫離共價(jià)鍵束縛，產(chǎn)生電子-首先是點(diǎn)接觸型二極管，由一根金屬絲經(jīng)過(guò)特殊工藝與半導(dǎo)體表面相接形也可做成面接觸型二極管，采用合金法工藝制成。結(jié)面積大，能夠流過(guò)較大的電流，但其結(jié)電容大，因而只能在較低頻而平面二極管是采用擴(kuò)散法制成的。結(jié)面積較大的可用于大功率整流，結(jié)在半導(dǎo)體體電阻和引線電阻，所以在外接正向電壓時(shí)，的情況下，這種影響更為明顯。由于二極管表面漏《半導(dǎo)體物理》課程PN結(jié)自習(xí)報(bào)告2021--2022學(xué)年度第一學(xué)期PN結(jié)的原理與應(yīng)用一、PN結(jié)的結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性PN結(jié)是由一個(gè)N型摻雜區(qū)和一個(gè)P型摻雜區(qū)緊密接觸所構(gòu)成的，其接觸處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差。由于自由電子和空電子從N型區(qū)向P型區(qū)擴(kuò)散，也有一些空穴要從P型區(qū)向N型區(qū)擴(kuò)散。它們電子，留下了帶正電的雜質(zhì)離子。開(kāi)路中半導(dǎo)體中的在空間電荷區(qū)形成后，由于正負(fù)電荷之間的相互作用，在空間電荷區(qū)形成場(chǎng)減弱。因此，漂移運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是使空間電荷區(qū)最后，多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的結(jié)合面兩側(cè)，留2)齊納擊穿：齊納擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度很高的PN結(jié)內(nèi)。由于摻雜濃度很高，PN結(jié)很PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有（4）PN結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)除了具有單向?qū)щ娦酝?，還有一定的電容效應(yīng)。按產(chǎn)生電容的原因可分為：1)勢(shì)壘電容CB勢(shì)壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢(shì)壘電容的示意圖如下圖。2)擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子就堆積在P區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。反之，由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成