微电子学概论2章3节.ppt

微电子学概论第二章,庄庆德 2003.8,2.3 pn结,第二章 半导体物理和器件物理基础,2.3 pn结 2.3.1 平衡pn结 2.3.2 正向特性 2.3.3 反向特性 2.3.4 击穿 2.3.5 电容,2.3.1 平衡pn结：无偏压下的pn结,形成过程：扩散，漂移，自建电场，平衡,,,,,,P型,,,,,,,,,,N型,+,+,+,+,-,-,-,-,,,,,,,,,扩散,,,,,,P型,,,,,,,,N型,+,+,+,+,-,-,-,-,,,,自建 电场,E,,,,,漂移,形成过程：扩散，漂移，自建电场，平衡,,,,,,P型,,,,,,,,N型,+,+,+,+,-,-,-,-,,,自建 电场,耗尽层,,平衡：扩散流漂移流， n,p区域的费米能级一致,平衡：扩散流漂移流， n,p区域的费米能级一致 能带的弯曲， 形成势垒 势垒高度： Eg-（施主能级差+受主能级差）-功函数差 Si 大约0.8 eV,耗尽层的特点 (1)只剩下杂质中心没有自由载流子 因此电阻很大 (2)它的宽度与杂质浓度有关,越浓,越薄 (3)电场强度:边缘为零,线形变化中间最强,,,,,,,P型,,,,,,,,N型,+,+,+,+,-,-,-,-,,,耗尽层,,,,耗尽层的宽度 d=2r0Vd(Na+Nd)/(qNaNd)1/2 计算 Na=Nd=1*1018/cm3 =1*1024/m3 V=0.8V, r=16,0=8.85*10-12F/m,q=1.6*10-19C 解： d2=2r0Vd(Na+Nd)/(qNaNd） 2*16*8.85*10-12*0.8*(2*1024) /(1.6*10-19*1*1048) =1.416*10-14 d=1.19*10-7m =0.119m,,,第二章 半导体物理和器件物理基础,2.3 pn结 2.3.1 平衡pn结 2.3.2 正向特性 2.3.3 反向特性 2.3.4 击穿 2.3.5 电容,（）正偏:p正，n负 势垒降低，电流增大,,,,,P型,n型,Pn结的IV特性,,,,I=Isexp（qV/kT） Is= -qDppn/Lp+Dnnp/Ln 常数 取决于：材料与结构 V I=-Is V I=Is expqV/kT,,,回忆： 电子的跃迁禁带的概率比例于 EXP(-Eg/kT) 所以可知，随偏置电压的变化，电流呈指数变化。

第二章 半导体物理和器件物理基础,2.3 pn结 2.3.1 平衡pn结 2.3.2 正向特性 2.3.3 反向特性 2.3.4 击穿 2.3.5 电容,耗尽层的宽度: 与偏压的关系 与偏压的平方根正比 反偏增加：耗尽层加厚 如果两侧浓度不同，向低浓度一侧扩展,,,（）反偏:p负，n正 势垒加高，电流很小 I=Is,,,,,,P型,n型,Pn结的IV特性,第二章 半导体物理和器件物理基础,2.3 pn结 2.3.1 平衡pn结 2.3.2 正向特性 2.3.3 反向特性 2.3.4 击穿 2.3.5 电容,（）隧道击穿 耗尽层窄 掺杂浓度高 反向电压高,,,,P型,n型,Pn结的击穿,,,,（2）雪崩击穿： 反向电场强, 耗尽层的雪崩碰撞 价带电子空穴直接激发到导带,,,强反向电场,+,Pn结的击穿,,,,,,,P型耗尽层,,,,,,N型耗尽层,+,+,+,+,-,-,-,-,,,-,,,,（3）软击穿： 非整流，I-V线性关系,,,反向电场,+,Pn结的击穿,,,,,,,P型耗尽层,,,,,,表面漏电流,+,+,+,+,-,-,-,-,-,,,N型耗尽层,,,体内漏电流,3种击穿的特性曲线比较,,,Pn结的击穿,,,,,,,正向,反向,雪崩,软,隧道,第二章 半导体物理和器件物理基础,2.3 pn结 2.3.1 平衡pn结 2.3.2 正向特性 2.3.3 反向特性 2.3.4 击穿 2.3.5 电容,Pn结电容： d=2r0Vd(Na+Nd)/(qNaNd)1/2 势垒电容： C=Sr0/d C=S(r0 qNaNd) 1/2/ 2Vd(Na+Nd) 此外还有扩散电容 因正向偏压时电荷引起的,,,第二章 半导体物理和器件物理基础,2.3 pn结 2.3.1 平衡pn结 2.3.2 正向特性 2.3.3 反向特性 2.3.4 击穿 2.3.5 电容 2.3.6 制作,（1）合金,,,Pn结的制作,In,p,,,n型,,（2）扩散,,,Pn结的制作,B,p,,n型,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1200,,（3）离子注入,,,Pn结的制作,B,p,,n型,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,高真空 高能量 直接打进去,小结 （1）什么叫pn结，如何形成的 扩散，自建电场，漂移，势垒 （2） pn结电流电压关系 正向反向 （3）什么叫耗尽层 形成：孤零零的电离杂质中心 （4） pn结的击穿 隧道，雪崩，软 （5） pn结的电容 势垒电容 （6） pn结的制作 合金，扩散，离子注入,,,。