半導體材料的定義與物理基礎(編輯修改稿)
2025-01-19 06:44 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 衡載流子隨時間的變化規(guī)律 (1)隨光照時間的變化 t=0，無光照， ?Vr=0 △ Vrt0t0，加光照 ↑有凈產(chǎn)生光照時，產(chǎn)生 ﹥ 復合 非平衡狀態(tài)45(2)取消光照 在 t=0時，取消光照，復合 產(chǎn)生 。 △ Vrt0非平衡載流子在半導體中的生存時間稱為 非子壽命（少子壽命） 。 ↓有凈復合46非平衡載流子小結(jié)?非平衡載流子的產(chǎn)生（光注入）?非平衡載流子的復合（直接復合，間接復合，輻射復合，非輻射復合，俄歇復合）?少子壽命47pn結(jié)?pn結(jié)的制備?pn結(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)?pn結(jié)的電壓特性48pn結(jié)的制備? 合金法（半導體單晶上放置金屬和半導體元素，通過升溫工藝制備得）? 擴散法（在 p,n型半導體表面利用擴散工藝摻入相反類型的雜質(zhì)，也是太陽能電池最常用的方法）? 離子注入法（ n型或 p型摻雜劑的離子束在靜電場中加速，注入相反區(qū)域）? 薄膜生長法（在 p,n型半導體表面通過氣相，液相外延技術(shù)生長一層薄膜）49PN結(jié)的形成結(jié)的形成P區(qū) N區(qū) 擴散運動載流子 從 濃度 大 向濃度 小的區(qū)域 擴散 ,稱 擴散運動形成的電流成為 擴散電流內(nèi)電場內(nèi)電場 阻礙多子 向?qū)Ψ降?擴散即 阻礙擴散運動同時 促進少子 向?qū)Ψ?漂移即 促進了漂移運動擴散運動 =漂移運動時達到 動態(tài)平衡50內(nèi)電場阻止多子擴散 因濃度差多子的擴散運動 由 雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場內(nèi)電場促使少子漂移擴散運動多子從濃度大向濃度小的區(qū)域擴散 ,稱擴散運動擴散運動產(chǎn)生擴散電流漂移運動 少子向?qū)Ψ狡?,稱漂移運動漂移運動產(chǎn)生漂移電流。動態(tài)平衡 擴散電流 =漂移電流， PN結(jié)內(nèi)總電流 =0。PN 結(jié) 穩(wěn)定的空間電荷區(qū) 又稱高 阻區(qū) 也稱耗 盡層PN結(jié)的形成 動畫二51V?PN結(jié)的接觸電位結(jié)的接觸電位內(nèi)電場的建立，使 PN結(jié)中產(chǎn)生電位差。從而形成接觸電位 V?接觸電位 V?決定于材料及摻雜濃度硅： V?=鍺： V?=52PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?. PN結(jié)加正向電壓時的導電情況 外電場方向與 PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。于是內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。 擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響。 PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。P區(qū)的電位高于 N區(qū)的電位，稱為加 正向電壓 ，簡稱 正偏 ；內(nèi)外少數(shù)載流子的注入53PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?. PN結(jié)加反向電壓時的導電情況 外電場與 PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，增強內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴散運動阻礙增強，擴散電流大大減小。少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流加大。此時 PN結(jié)區(qū)少子漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流。PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性P區(qū)的電位低于 N區(qū)的電位，稱為加 反向電壓 ，簡稱反偏 ；內(nèi)外少量少子的抽出54由此可以得出結(jié)論： PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴N結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。PN結(jié)的單向?qū)щ娦? 動畫三55PN結(jié)電流方程結(jié)電流方程由半導體物理可推出 ：PN結(jié)兩端的電壓與流過 PN結(jié)電流的關系式I = I0(expqV/kT1)第一項為正向飽和電流，第二項為反向飽和電流56金屬半導體接觸和 MIS結(jié)構(gòu)?金屬半導體接觸（ MS結(jié)構(gòu)）?歐姆接觸57金屬半導體接觸? 金屬功函數(shù)：? 半導體功函數(shù)：功函數(shù)：真空中靜止電子的能量與費米能的差值E0EF58MS結(jié)構(gòu)形成的本質(zhì)?任何兩種相接觸的物質(zhì)的費米能級（或者嚴格意義上來說化學勢）必須相等。（不患寡而患不均）?費米能級和真空能級的的差值為成為功函數(shù)（逸出功）?接觸金屬和半導體會有不同的功函數(shù)?當兩種材料相接觸時，電子會從低功函的一邊流向高功函的另一邊直到費米能級相平衡，從而形成內(nèi)建電場，影響載流子的運動。59 p型半導體Wm Wp FpFm P型半導體電子相對 較多電子由 P型半導體流向金屬內(nèi)建電場方向由 P型半導體指向金屬P型半導體一側(cè)形成空穴高電導區(qū)域，形成反阻擋層有利于空穴從體內(nèi)流向表面Wm Wp FpFm 金屬電子相對較多電子由金屬流向 P型半導體內(nèi)建電場方向由金屬指向 P型半導體P型半導體一側(cè)形成空穴勢壘區(qū)，形成阻擋層，不利于空穴從體內(nèi)流向表面對于 n型半導體，正好和 p型半導體相反，當 Wm Wp的時候， n型半導體一側(cè)形成電子阻擋區(qū)，不利于電子由表面流向體內(nèi)反之，當 Wm Wp的時候， n型半導體一側(cè)形成電子反阻擋區(qū)，有利于電子由表面流向體內(nèi)60N型半導體 P型半導體WmWs 阻擋層 反阻擋層WmWs 反阻擋層 阻擋層61歐姆接觸? 定義：不產(chǎn)生明顯的附加阻抗，不會使半導體內(nèi)部的載流子濃度發(fā)生明顯的改變。?
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