第七章半导体接触现象汇总.doc

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区周边形成由n区指向p区的自建电场,该电场将阻截电子和空穴的进一步扩散,结果使系统达到均衡态,见图7-6b﹑c。这时整个系统的费米能级同样,而结区内的能带则发生曲折,进而惹起电子与空穴的从头散布并改变pn结区中的电势,见图7-6d﹑e﹑f。由图7-7可见,多子渡越pn结时必然战胜高度为eV0的势垒,少子的渡越则在pn结的自建电场作用下进行。在热均衡时,多子扩散电流密度Jpp和Jnn与少子漂移电流密度Jnp和Jpn互相抵消,经过pn结的总电流为零。假定Wn为n型半导体的热电子功函数,Wp为p型半导体的热电子功函数,则在热均衡情况下,pn结中的势垒高度由下式决定eV0WpWn(EcEfp)(EcEnf)EnfEfp(7-41)式中,Efn和Efp分别为接触前n型和p型半导体的费米能级。因为施主与受主杂质所有电离,利用(4-47)和(4-63)式得eV0EgNvNc(7-42)K0TlnNaNd考虑到2NcNvexp(Eg/K0T),由()式则得ni7-42eV0K0Tlnn(npp/ni2)(7-43)或pnnpexp(/K0T)()ppnneV07-44因此,n区的施主和p区的受主密度越大,pn结的接触电势差越大,关于非简并半导体,因为NvNa,NcNd,进而有V0的最大值为V0maxEg/e(7-45)一般来说,半导体的电子功函数都比较大,为几个eV量级,在室温下电子实质上不会走开半导体,但却完满能够战胜势垒从n区渡越到p区。因为p区掺75杂密度比n区高,因此p区空间电荷区宽度xp比n区的xn小,整个空间电荷区宽度为x0xpxn(7-46)在xpx0区间,负空间电荷由电离受主杂质密度eNaepp决定,进而此地区的泊松方程为d2Vepp(7-47)dx20r在0xxn区间的正空间电荷则由电离的施主密度eNdenn决定,该地区的泊松方程为d2Venn(7-48)dx20r由界限条件Vxp0,dVxxp0dx和VxnV0,dVxxn0(7-49)dxepp(xpx)2xpx0可解得V(x)20r(7-50)enn(xnx)2V00xxn20r在x=0处,电势及其导数是连续的,因此有epp2V0enn2eppxpennxn20rxp20xn和r0r0r进而有ppxpnnxn(7-51)因此在半导体pn结双侧的空间电荷区内的正负空间电荷数相等,这就是pn结的电中性守恒条件。由(7-51)式不难获取以下关系xnppx0和xpnnx0(7-52)nnppnnpp利用以上条件简单获取V0e22ennpp2(7-53)20(nnxnppxp)20(pp)x0rrnn进而pn结的空间电荷区宽度为x020rnnpp(7-54)()V0ennpp由上式可见,n区和p区混杂密度越高,x0则越小,假如一个区的混杂密度远大于另一区,则电势将主要落在低混杂区。其余因为结区电阻率比半导体体内大很多,因此pn拥有电容特色,单位面积上的结电容(势垒电容)为76