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文档简介

外电场中的半导体

外电场中的半导体表面空间电荷区的形成：

无外电场时，半导体的空间电荷为零。施加外电场，在半导体中引起载流子的重新分布，产生电荷密度为

(r)的空间电荷，E(r)的电场。由于空间电荷屏蔽了外电场，载流子的重新分布只在表面进行。(如图8.1)MN型半导体图8.1半导体中施加电场的电路图

半导体表面的电子浓度增加（图8.2a），产生负空间电荷（图8.2b），负电荷向体内(x方向)逐渐减少。nnsn0(a)电子浓度

导致：

s

(b)空间电荷分布

空间电荷形成电场(表面处最大)(图8.2c)，改变了电子的势能)(图8.2e)

，使半导体能带发生变化。电子势能的变化量为：(c)电场分布

VsV(d)接触电场静电势分布

UsU(e)电子势能分布

由于半导体处于热平衡态，费米能级不变。则费米能级和能带之间的距离发生变化：

改变了电子的势能，使半导体能带发生变化：(图8.2f)：反映了半导体中不同位置载流子分布的变化。能级与空间位置r有关，任何一处Eg不变，与r无关EECEFEdEV(f)能带结构变化

非简并简并图8.2施加外电场时的半导体表面nnsn0(a)电子浓度

(c)电场分布

VsV(d)接触电场静电势分布

UsU(e)电子势能分布

EECEFEdEV(f)能带结构变化

s

(b)空间电荷分布

nn0(a)电子浓度分布图8.3改变外电场方向时的半导体表面(c)电场分布

VsV(d)接触电场静电势分布

UsU(e)电子势能分布

EECEFEdEV(f)能带结构变化

若外场方向改变：沿x负向(b)

s(b)空间电荷分布

在这个I层附近导电类型发生变化的半导体区域称为物理P－N结。去掉外电场，这个物理P－N结则消失。外电场强度足够大时，在半导体表面的导电类型发生变化：N型变为P型，产生反型层。如图(f)所示产生反型层，则半导体内距表面某处一定存在一个本征区(I层)，此处的费米能级位于禁带中间，即：EECEFEdEV(f)能带结构变化

Ei反型层。以图8.3为例，分析在一维N型非简并半导体中外电场的影响：EECEFEdEV(f)能带结构变化

Ei外电场E与空间电荷ρ之间的关系为：(泊松方程)设半导体体内电子浓度为则由于半导体是非简并的，则表面电子浓度为：(8.6)U：电子势能变化量(8.5)将展开成级数并只取第一项，由(8.7)式得：讨论U<<kT情况:(弱外电场，能带变化小)，(Ld：德拜屏蔽长度)，代入(8.5)式：半导体表面层中的空间电荷由电离施主和自由电子决定。设施主杂质全部电离，即，表面层中的空间电荷浓度为：(8.7)(8.8)表面层电势为：(8.11)电场强度为：电子势能为：表面空间电荷密度为：Ld：德拜屏蔽长度，

半导体在外电场作用下，表面层的能带发生弯曲，电子和空穴浓度发

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