半导体器件物理2008-杜刚 Pn结二级管

半导体器件物理 pn结二级管 三 二极管的击穿 光电二级管 半导体器件物理 二级管的击穿 反向电压增大到一定程度时反向电流突然急剧增加 称为 击穿 击穿本身不是破坏性的 它的电流受外电路电阻限制 半导体器件物理 隧道击穿 齐纳击穿 反偏pn结的电场使得p区价带上电子穿过 禁带进入n区导带 这个电流增大引起的 击穿称隧道击穿 半导体器件物理 隧道击穿特点 隧穿电流几率与势垒宽度d有关 d越小 隧穿几率越大 Pn结两边的掺杂浓度都高的pn结易发生 隧道击穿 击穿电压较小 通常小于4Eg q 例 硅pn结二级管 NA ND 5X1017cm 3 E 106V M 隧道击穿 半导体器件物理 雪崩击穿 物理描述 P N结反向电压增加结反向电压增加势垒区电场增强势垒区电场增强 电子和空穴获得的能量增大电子和空穴获得的能量增大 与晶格原子碰撞形成新的电子空穴对与晶格原子碰撞形成新的电子空穴对 在电场作用下相向运动 重新获得能量在电场作用下相向运动 重新获得能量 与晶格原子再碰撞与晶格原子再碰撞不断循环 雪崩倍增不断循环 雪崩倍增 电流急剧增大 导致电流急剧增大 导致P N结击穿结击穿 半导体器件物理 雪崩击穿条件雪崩击穿条件 雪崩击穿电压雪崩击穿电压 1 0 W dx 碰撞电离率 碰撞电离率 是电场E的函数 可求出雪崩击穿时的临界电场Ec 进 一步可以得到击穿电压 4 3 2 3 13 102 5 BgB NEV 半导体器件物理 半导体器件物理 半导体器件物理 提高雪崩击穿电压的途径 电场限制环 半导体器件物理 提高雪崩击穿电压的途径 扩散环 使结的曲率半径 增大 杂质浓度 梯度减小 从而 使击穿电压提高 半导体器件物理 提高雪崩击穿电压的途径 台面结构 由于空间电荷区表 面有一定的角度 则其侧面的电荷平 衡受到了破坏 表面的空间电荷区 总宽度 增大 表面电场强度比体 内低 P N结击穿 将首先发生在体内 半导体器件物理 温度对击穿电压的影响 1 雪崩击穿电压具有正温度系数 T V B 温度升高晶格振动加强 载流子平均自由程减少 载流子与晶格碰撞损失能量增加需要更大的电场才 能达到碰撞电离所需的能量 V B 2 隧道击穿电压具有负温度系数 T V B 隧道击穿电压由禁带宽度决定 温度升高禁带宽度下降 V B 半导体器件物理 四 四 pn结的击穿结的击穿 热不稳定性热不稳定性 偏压偏压V IR 发热 引起 结温上升 发热 引起 结温上升 IR 最后 破坏 最后 破坏 隧道效应隧道效应 击穿电压随温度 的上升而减小 击穿电压随温度 的上升而减小 雪崩倍增雪崩倍增 碰撞电离碰撞电离 半导体器件物理 作业 习题2 8 2 9 半导体器件物理 具有PN结结构的其它二极管 发光二级管 直接禁带半导体中直接复合 光电二极管 耗尽区光吸收 太阳能电池 半导体器件物理 光电二极管 半导体器件物理 半导体器件物理 光电流的计算 0 p 1 x W W dr G xe JqG x dxqe 0 0 0 忽略 型表面层的光吸收 电子 空穴对产生速率 是光子流密度 是吸收系数 耗尽层内产生的载流子形成的漂移电流 半导体器件物理 过剩载流子扩散区光电流 2 0 2 0 0011 0 0 0 p nnn p p nnn Wx L Wx nnn 2 p 1 22 pp ppW din pp dppp DG x dx xppxwp pxppC eeC e aL C D1a L aLD Jqeqp 1aLL 0 0 空 穴 扩 散 方 程 时时解 得 其 中 耗 尽 层 外 少 子 扩 散 区 产 生 的 载 流 子 形 成 的 漂 移 电 流 半导体器件物理 L0 L1 L 1 1 IA1R1 I 1R1 qA W p n pp W p W p D e Jqqp 1aLL e q 1aL e 1aL 0 0 0 总 的 光 电 流 考 虑 反 射 探 测 效 率 半导体器件物理 p i n二极管 半导体器件物理 L1 i IA1R1 W qe 0 层 厚 度 大 于 载 流 子 扩 散 长 度 时 半导体器件物理 光电二极管特性参数 量子效率 L I q cg c g L 1 E 1 24 E I R P1 24 P h W e h m m AW 0 0 p i n二 极 管 截 止 波 长对 应 光 子 能 量 响 应 度 半导体器件物理 光电二极管特性参数 续