lecture6_fixed什么是自建电压vbi.pdf

1 什么是自建电压什么是自建电压Vbi？？ biFnFp eVEE=− lnln a Fpbb VV Np Ek Tk T NN ⎛⎞⎛⎞ = −= − ⎜⎟⎜⎟ ⎝⎠⎝⎠ 2 lnln in Fnbb VVd n p Ek Tk T NN N ⎛⎞ ⎛⎞ = −= −⎜⎟ ⎜⎟ ⎜⎟ ⎝⎠ ⎝⎠ pn np eVbi eVbi nn pp pn Ec EF Ev 2 ln bad bi i k TN N V en ⎛⎞ = ⎜⎟ ⎝⎠ 所以, 我们也可以重新写出这个自建电压，表明eVbi是少数载流子注入的势垒： bi b eV k T np pp e − = bi b eV k T pn nn e − = 偏置电压的定性影响偏置电压的定性影响 () bia b e VV k T pn nn e −− = ?在二极管的两端施加外场并不会增加漂移电流 ?施加外电压破坏了漂移和扩散之间的稳态平衡，从而释放出扩散电流 ?“少数载流子器件” pn np eVbi eVbi nn pp pn Ec EF Ev () bia b e VV k T np pp e −− = +eVa -eVa 2 电流－复合和产生电流－复合和产生 偏置电压的定性影响偏置电压的定性影响 )) 22 11 aa bb qVqV k Tk T eihi o eahd D nDn JqeJe L NL N −− ⎛⎞⎛⎞ ⎛⎞ =+−=−⎜⎟⎜⎟ ⎜⎟⎜ ⎟⎜⎟ ⎝⎠⎝ ⎠⎝⎠ ?正向偏压（p区接正极，n区接负极）减小耗尽层，使扩散电流成指数增加。

?反向偏压（p区接负极，n区接正极）增大耗尽层，理想情况下没有电流通过 pn np eVbi-e|Va| eVbi-e|Va nn pp pn Ec EF Ev pn np eVbi-e|Va| eVbi-e|Va nn pp pn Ec EF Ev pn eVbi+e|Va| pn np eVbi+e|Va| nn pp Ec EF Ev pn eVbi+e|Va| pn np eVbi+e|Va| nn pp Ec EF Ev eVbi+e|Va| pn np eVbi+e|Va| nn pp Ec EF Ev 正向偏压反向偏压正向偏压反向偏压 分别求解p区和n区的 少数载流子扩散方程， 然后确定耗尽层边缘的 电流密度J值 V I 线性， 欧姆特性 V＝＝IR V＝＝f(I) 整流， 非线性，非欧姆特性 3 器 件器 件 太阳能电池太阳能电池/示波器示波器 反向偏压/零偏压 发光二极管发光二极管/激光激光 正向偏压 激光： ? 粒子数反转 ? 空位反射 势阱－异质结激光器势阱－异质结激光器 AlGaAs-GaAs-AlGaAs双异质结发光二极管 在正向偏压下的能带结构 4 晶体管晶体管 双极结（双极结（npn）） E EF Ev 发射区 集电区 基区Jdiff Jdiff VEBV c EF Ev 发射 基Jdiff Jdiff 势垒，由VEB控制 VEBVBC 发射极 基极 集电极 场效应场效应 5 晶体管晶体管 场效应晶体管 （ 场效应晶体管 （FET）） npn x 源漏 栅 X为金属时，为MESFET X为金属/多晶硅/氧化物时，为MOSFET CMOS 多晶太阳能电池多晶太阳能电池 耗尽层 ?局域场增强了少数载流子的俘获 →少数载流子的寿命减小 ?多数载流子需要翻越势垒 →电阻增加，有效迁移率减小 ?p-n结之间的边界提供了一条捷径 →I0增加，Voc减小 6 陷阱陷阱(缺陷缺陷)对能带的影响对能带的影响 •捕获作用(缺陷的费米能级)在缺陷周围产生了耗尽层 耗尽层，内电场 ?n-型半导体材料中的费米能级位置离开陷阱 ?在缺陷或陷阱区域，费米能级将价带边 拉向禁带中心 在缺陷中，费米能级将价带边拉向陷阱能级 产生内势垒的其它方法：异质结产生内势垒的其它方法：异质结 ?不同的半导体材料具有不同的禁带宽度和电子亲和势/功函数 ?p-n结掺杂所引起的内电场应与这些效应叠加：泊松方案 (dE/dx=V=ρ/ε) 衬底 薄膜 阻碍电子和空穴迁移的势 垒可以在材料的内部形成 真空能级真空能级 7 量子阱量子阱 n k L π = 对于势阱中的驻波： 因此，我们可以通过量 子阱来调整电子的跃迁 如果我们对无限深势阱的边界条件做出适当的假设，则有： 人工调制结构人工调制结构 8 光电探测器光电探测器/太阳能电池太阳能电池 能量为hγ≥Eg的光子所产生的电子-空穴对 被p-n结形成的自建电场分离 电流电压特性由下式给出： I＝Ie[exp(qV/kT)-1]-Ip 其中，Ip是由光子引起的“反向电流” 结结/功能功能 金属－氧化物－半导体 场效应晶体管 倒置/损耗/积累M/I/S 高电子迁移率器件 量子器件 分离/限制 太阳能电池, 光电二极管 产生/分离 发光二极管, 注入型激光器 注入/限制/复合 雪崩和隧穿二极管加速/击穿 隧道效应 p-n整流器，开关 p-n-p晶体管 注入/扩散/收集 阻塞(反向偏压) p/n 金属/半导体 应 用应 用功 能功 能结结 。