北京师范大学物理系学士学位论文答辩

1、半导体半导体PN结特性的表征结特性的表征及视频制作及视频制作答辩人：阳蒙强 学号：201011141921指导老师：王引书 教授2014年5月22日目录页目录页contents0101选题背景选题背景0202实验原理实验原理0303实验结果及分析实验结果及分析0404视频展示视频展示1 1、选题、选题半导体PN结具有单向导电性的特点，可以用于整流、检波，是制造二极管、三级管的物质基础。半导体器件大量使用在电子产品中，是制造半导体二极管、三极管、CCD、CPU的重要材料。-电子产业的粮食电子产业的粮食-一种重要的半导体器件一种重要的半导体器件背景背景1 1、选题、选题意义意义 中学生在日常生活中

2、就已经接触了很多半导体器件，讲授一些半导体PN结的知识可以让他们更好地将物理学习与日常生活联系起来。 通过I-V测量，C-V测量以及深能级瞬态谱的测量，可以让学生更加全面地和较为深入地认识半导体PN结。2 2、理论分析、理论分析P型半导体和N型半导体在本征半导体，中掺入少量三价元素杂质形成以空穴导电为主的半导体空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子P型半导体本征半导体中掺入五价原子，如磷等形成以电子导电为主的半导体电子为多数载流子，空穴为少数载流子。N型半导体2 2、理论分析、理论分析PN结的形成P型半导体+N型半导体缓变结扩散作用外延法生长突变结2 2、理论分析、理论分析同质PN结能带结构及

3、势垒的形成2 2、理论分析、理论分析PN结I-V特性正向电压反向电压2 2、理论分析、理论分析PN结I-V特性2 2、设计理论、设计理论PN结C-V特性在耗尽近似的情况下，突变结空间电荷区的电子电势变化可以由泊松方程描述：220,0d VNexddx 积分可得：202DNeVVd势垒区单位面积的电荷：Q=eNd，则：1 202()DQeN VV( )/C VdQ dV定义微分电容：单位面积的微分电容为1/20( )2()DeNC VVV2 2、设计理论、设计理论PN结的势垒电容计入结面积后上式可以改写为：22012()CSDVVeN在不同电压V下测量电容，做1/C2V曲线可以得到一条直线，由其

4、斜率可以求出杂质浓度N，从直线在V轴上的截距可以求出结的势垒高度VD。2 2、设计理论、设计理论PN结的深能级瞬态电容 深能级是半导体禁带范围内，与靠近导带和价带的浅能级相比，处于较深能量状态的能级。 杂质缺陷产生的深能级分布在禁带中较宽的范围内，能起陷阱和复合中心以及发光中心的作用，对结电容和电导率有影响，但与浅能级相比这种影响随温度而改变。 浅能级决定着半导体的电导率和结电容，除在77K以下的极低温度范围内，其对电导率和结电容的影响基本不随温度变化。可以通过电桥平衡掉浅能级结电容，通过放大增益和改变温度探测到深能级瞬态电容。2 2、理论分析、理论分析PN结的势垒电容图1 深能级充放电示意图

5、、结电容的变化及反偏下pn结的能带结构图2 2、理论分析、理论分析PN结的势垒电容结电容：2/100)(2)( RDVVeNVC对结施加零偏压脉冲(多子脉冲)，可使原耗尽区中的深能级充以电子。此时结电容为：2/101)(2)( DDVeNVC VR脉冲过后pn结仍恢复反向偏置，结电容下降为：2/102)( 2)(RDVVeNVCNNCNNCCCCtt2)(0020电容的该变量：2 2、理论分析、理论分析PN结的深能级瞬态电容对于P+N结：0( )( )exp(/)eC tC tCCt 深能级放电过程中NT（ET）上电子（或空穴）浓度nT(t)(或pT(t)，随时间t指数减少：( )() exp

6、(/)TTTen tNEt( )() exp(/)TTTep tNEt在NDNT的条件下，深能级瞬态电容为：102()( )2()sDTtRDqNNnC tSVV ( )(1exp(/)Ten tNt2 2、理论分析、理论分析PN结的深能级瞬态谱2 2、理论分析、理论分析PN结深能级瞬态谱对于谱峰点：C=0TTCEEETkEAT 1ln1ln2可以得到：211212 ln(/ )ln3ttttt s25nt1 实验中VD1信号：，n=5,10,20,50t2/t1=3VD2信号：1250tns，n=5,10,20,502 2、理论分析、理论分析PN结的势垒电容从实验上得到e作为温度的函数: 11ln2TT由曲线的斜率确定Ec-ET值，即深能级杂质的电离能3 3、结果及视频I-V特性3 3、结果及视频C-V特性3 3、结果及视频C-V特性接触电势差VD=0.7846V浅能级杂质浓度N=8.661018cm-33 3、结果及视频深能级瞬态谱3 3、结果及视频多子峰13 3、结果及视频多子峰23 3、结果及视频多子峰33 3、结果及视频可能掺杂的深能级杂质峰1，峰2，峰3对应的斜率分别为：-3146，-4046，-5399玻尔兹曼常量kB=8.6173357*10-5eV/K，利用（EC-ET）= kB*k。得到（EC-ET）分别为：0.271eV，0.