固體物理--半導體晶體 8.8 p-n結.ppt

1、1,p-n 結,將一p 型半導體和一 n 型半導體相接觸，在交界面處就形成 p-n 結,每一側都存在低濃度的少數(shù)型載流子，與多數(shù)載流子處于熱平衡,2,p 側的自由空穴傾向于通過擴散，均勻布滿整個晶體；n 側的自由電子亦是如此,這種電荷偶極層產(chǎn)生一個自 n 區(qū)指向 p 區(qū)的電場(內建電場)，它阻止擴散，維持兩種載流子類型的分離，晶體內的靜電勢在結區(qū)出現(xiàn)躍變,擴散會破壞電中性，一旦發(fā)生由擴散引起的少量電荷轉移，就在 p 側流下過量的負電離受主原子，而在 n 側的留下過量的正電離施主原子,3,n 區(qū)和 p 區(qū)費米能級高低不同，在交界處形成一定的接觸電勢差，p 區(qū)相對于 n 區(qū)具有負電勢 VD，則 p

2、區(qū)電子靜電勢比 n 區(qū)提高 eVD，填補了原來費米能級的差別,使兩側的費米能級拉平,4,雖然在結區(qū)存在靜電勢的躍變，但在整個晶體和結區(qū)內的化學勢都是同樣的常量,在熱平衡中，空穴或電子的凈粒子流為零，因為電流正比于化學勢梯度，而不是單單正比于靜電場梯度。濃度梯度剛好抵消靜電場梯度,即使處于熱平衡中，也應存在由 n 區(qū)進入 p 區(qū)的小的電子流 Jnr，在 p 區(qū)中這些電子同空穴復合。這種復合電流被 p 區(qū)中熱產(chǎn)生的、向 n 區(qū)擴散的電子電流 Jng 所平衡,5,8.8. 1 整流,p-n 結可以起整流器的作用，如果在結上施加某個方向的電壓，將會有一個大電流；如果施加相反方向的電壓，則幾乎沒有電流,

3、如果在結上施加一交流電壓，則電流主要向一個方向流動，即達到整流效果,反向偏置電壓是 p 區(qū)加負電壓而 n 區(qū)加正電壓，增加兩個區(qū)間的電勢差,6,加上反向偏置電壓后，這時幾乎沒有一個電子能夠由勢壘低側到達高側。復合電流按玻爾茲曼因子減少,玻爾茲曼因子控制著具有足以越過勢壘的能量的電子的數(shù)目。熱產(chǎn)生的電流不特別受反向電壓的影響，因為熱產(chǎn)生電子反正都要由勢能高處向勢能低處移動( pn ),因此在反向偏置電壓下熱電流勝于復合電流,7,施加正向電壓后，使勢壘降低，從而使更多的電子由 n 側流向 p 側，所以復合電流增加,而熱電流仍然不變,穿過結的空穴電流的行為類似于電子電流。降低電子勢壘高度的外加電壓同

4、時也降低空穴的勢壘高度，因此在同樣的電壓下，有正反兩個方向的電子流和空穴流,8,空穴電流和電子電流彼此相加，即為總電流,鍺內 p-n 結的整流特性,Is 為兩種熱產(chǎn)生電流之和,9,8.8. 2 太陽電池和光生伏打檢測器,用光照射一個沒有外加偏壓的 p-n 結，每個被吸收的光子都產(chǎn)生一個電子和空穴,當這些載流子擴散至結區(qū)時，結區(qū)的內建電場把它們掃下勢壘，載流子的分離產(chǎn)生跨越勢壘的正向電壓，這種效應稱為光生伏打效應,如果在把 p-n 結接到外電路上就能形成持續(xù)電流，p-n 結的作用就相當于一個電源（太陽能轉化為電能）,10,8.8. 3 肖特基勢壘,當半導體和金屬接觸時，在半導體中形成載流子嚴重耗去的勢壘層，這種勢