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微电子器件基础 第1章PN结 第1章PN结 1 1平衡PN结1 2空间电荷区的电场和电势分布1 3过渡区电容和扩散电容 1 1平衡PN结 PN结含义 在一块N型 或P型 半导体单晶上 用特定的工艺方法把P型 或N型 杂质掺入其中 使这块单晶相连的二个不同区域分别具有N型和P型的导电类型 在二者交界面的过渡区即称为PN结 1 1平衡PN结 1 1 1内建电场和内建电势1 突变结单边突变结P N结N P结 1 1平衡PN结 1 1 1内建电场和内建电势2 平衡PN结能带图 1 1平衡PN结 1 1 1内建电场和内建电势2 平衡PN结能带图VD 接触电势差空间电荷区又称势垒区耗尽层 1 1平衡PN结 由此可求VD 3 内建电势差 1 1 1内建电场和内建电势 1 1平衡PN结 式中NA P区掺杂浓度 ND N区掺杂浓度ni 本征载流子浓度 对于锗PN结 通常可取VD 0 3 0 4V对于硅PN结 通常可取VD 0 6 0 7V 1 1 1内建电场和内建电势 热电压 1 1平衡PN结 1 1 2耗尽近似耗尽近似假定空间电荷区内载流子全部耗尽 离化杂质中心提供空间电荷 空间电荷的分布在边界上突变过渡 在耗尽近似下 边界区被忽略 空间电荷区内载流子全部耗尽 因而提到PN结时 空间电荷区以及耗尽区两术语可交替使用 1 1平衡PN结 1 1 3准中性近似缓变结 1 1平衡PN结 1 1 3准中性近似缓变结近似缓变PN结附近杂质浓度的两种近似处理方法A 线性缓变结近似B 突变结近似 1 1平衡PN结 1 1 3准中性近似缓变结近似A 线性缓变结近似适用于表面杂质浓度较低 结深较深的缓变结 1 1平衡PN结 PN结的类型缓变结近似B 突变结近似适用于表面杂质浓度较高 结深较浅的缓变结 1 1平衡PN结 1 1 3准中性近似 缓变杂质分布区的内建电场 1 2空间电荷区的电场和电势分布 空间电荷区几个基本概念 空间电荷空间电荷区内建电场内建电势差VD 1 2空间电荷区的电场和电势分布 均匀掺杂pn结空间电荷区的电场 1 2空间电荷区的电场和电势分布 突变结 当 xp x 0时 当0 x xn时 1 2空间电荷区的电场和电势分布 均匀掺杂pn结空间电荷区的电势 1 2空间电荷区的电场和电势分布 当 xp x 0时 当0 x xn时 1 3过渡区电容和扩散电容 PN结电容 过渡区电容 势垒电容 扩散电容 1 3过渡区电容CT和扩散电容CD 1 3 1过渡区电容一 过渡区电容的来源当外加电压周期性变化时 载流子则周期性地流入或流出势垒区 相当于电容周期地充电 放电 这就是PN结过渡区电容 亦称势垒电容 1 3过渡区电容和扩散电容 二 突变结势垒电容计算 三 线性缓变结势垒电容计算 1 3过渡区电容和扩散电容 四 势垒电容的讨论 1 PN结势垒电容和平板电容的不同 是非线性电容 2 PN结在正偏 零偏及反偏压下均具有电容效应 3 PN结势垒电容与外加电压有关正偏电压越高 电容越大 反偏电压越高 电容越小 4 PN结势垒电容与外加电压的关系与PN结的杂质分布有关 5 由于采用耗尽层近似 反偏下 计算的结果与实际值接近 而正偏下计算的CT则误差较大 1 3过渡区电容和扩散电容 1 3 2PN结扩散电容一 定义正向偏压时 扩散区的电荷随外加电压的变化所产生的电容效应称为 扩散电容 当PN结外加正向偏压V 在其势垒区二边的扩散区内有着非平衡少数载流子电荷的积累 当V升高 注入的 少子 电荷增多 相当于电容 充电 当V降低 注入的 少子 电荷减少 相当于电容 放电 1 3过渡区电容和扩散电容 1 3过渡区电容和扩散电容 二 扩散电容计算 设扩散区内 非平衡载流子的分布近似为线性分布 则LP内的总电荷为 同理 在Ln内 习题 1 硅突变结的掺杂浓