微電子pn結(jié)ppt課件-資料下載頁(yè)
2025-04-29 01:58本頁(yè)面
【正文】 1410151016101710181018105 ?隧穿雪崩時(shí)K300 單邊突變結(jié)GaAsSi3Bcm/?N隧穿雪崩時(shí) 單邊突變結(jié)圖 3 .2 6 硅和砷化鎵單邊突變的擊穿臨界電場(chǎng)和襯底雜質(zhì)濃度的關(guān)系)cmV10(15?)cmV10(15?結(jié)擊穿 臨界電場(chǎng)決定之后可以計(jì)算擊穿電壓 。 耗盡區(qū)的電壓由泊松方程 式的解來(lái)決定： 對(duì)單邊突變結(jié) .22)( 12???BcscB NqEWEV ?擊穿電壓.)2(3432 212123 ??? aqEWEV sccB ?其中 NB是輕摻雜側(cè)的濃度 ， ?s是半導(dǎo)體介電常數(shù) ， ?為濃度梯度 ． 因?yàn)榕R界電場(chǎng)對(duì)于 NB或 ?為一緩慢變化的函數(shù) ， 以一階近似來(lái)說(shuō) ， 突變結(jié)的擊穿電壓隨著 NB1變化 ， 而線性緩變結(jié)的擊穿電壓則隨著 ?1/2變化 ． 對(duì)于 一給定 NB或 ?， 砷化鎵比硅有較高的擊穿電壓 ， 主要是因?yàn)槠溆休^大的禁帶寬度 ． 禁帶寬度越大 ， 臨界電場(chǎng)就必須越大 ， 才能在碰撞間獲得足夠的動(dòng)能 ． 臨界電場(chǎng)越大 ， 擊穿電壓就越大 ． 對(duì)于線性緩變結(jié) 結(jié)擊穿 例 8：計(jì)算硅單邊 p+n突變結(jié)的擊穿電壓 ． 其 ND＝ 5 1016cm3． 解 : 由下圖可得到硅單邊 p+n突變結(jié)的臨界電場(chǎng)大約為 105 V/cm. 然后由式 臨界電場(chǎng)0481216201410151016101710181018105 ?隧穿雪崩時(shí)K300 單邊突變結(jié)GaAsSi3Bcm/?N隧穿雪崩時(shí) 單邊突變結(jié)圖 3 .2 6 硅和砷化鎵單邊突變的擊穿臨界電場(chǎng)和襯底雜質(zhì)濃度的關(guān)系)cmV10(15?)cmV10(15?得到 .22)( 12???BcscB NqEWEV ?擊穿電壓VVV B )105( )( 116192514???? ????? ???結(jié)擊穿 異質(zhì)結(jié)定義為 用兩種不同材料所組成的結(jié) ． 下圖所示為在形成異質(zhì)結(jié)前兩塊分開(kāi)的半導(dǎo)體與其能帶圖 。 假設(shè)這兩個(gè)半導(dǎo)體有不同的禁帶寬度 Eg、 介電常數(shù) ?s、 功函數(shù) q?和電子親和力 q?。 電子親和力 q?： 定義為將一電子由導(dǎo)帶 Ec底部移到真空能級(jí)所需的能量 ． 兩半導(dǎo)體導(dǎo)帶邊緣的能量差為?Ec， 而價(jià)帶邊緣的能量差表示為?Ev． 可表示為 異質(zhì)結(jié) 功函數(shù) q?： 將一電子由費(fèi)米能級(jí) E移到材料外 (真空能級(jí) ， vacuum level)所需的能量 ． 真 空 能 級(jí)1?q1s?q1?q2s?qC 1ECE?C 2EF 1EV 1EC 1EF 2EV 2EVE?真 空 能 級(jí)2( a )兩 個(gè) 分 離 半 導(dǎo) 體 的 能 帶 圖b iVb 1Vb 2V)( x?2?q2s?q2?q1s?qCE?C 1EF 1EV 1EC 2EF 2EV 2Eb 2VVE?b 1V1gE1x 2x0?x2gE( b )在 熱 平 衡 下 ， 理 想n－p異 質(zhì) 結(jié) 的 能 帶 圖圖4 . 3 2)( 12 ?? ??? qE c CggigV EEqEqEE ????????? )( 221 ??和 其中 ?Eg是禁帶寬度差 ， 且 ?Eg＝ Eg1－ Eg2． 異質(zhì)結(jié) 下圖顯示在熱平衡狀態(tài)下 ， 兩個(gè)半導(dǎo)體形成理想異質(zhì)結(jié)的能帶圖 ． 在此圖中 ， 假設(shè)此兩不同半導(dǎo)體的界面沒(méi)有陷阱或產(chǎn)生 復(fù)合中心 ． 注意此假設(shè)只在 兩個(gè)晶格常數(shù)很接近的半導(dǎo)體形成異質(zhì)結(jié)時(shí)才成立 ． 因此我們必須選擇晶格接近的材料來(lái)符合此假設(shè) ． 構(gòu)建能帶圖有兩個(gè)基本的假設(shè)： ① 在熱平衡下 ， 界面兩端的費(fèi)米能級(jí)必須相同； ② 真空能級(jí)必須連續(xù) ， 且平行于能帶邊緣 ． 由于這些假設(shè) ， 只要禁帶寬度 Eg和電子親和力 q?皆非雜質(zhì)濃度的函數(shù) ， 則導(dǎo)帶邊緣的不連續(xù) ?Ec和價(jià)帶邊緣的不連續(xù) ?Ev不會(huì)被雜質(zhì)濃度影響 ． 真空能級(jí)1?q1s?q1?q2s?qC1ECE?C2EF1EV1EC1EF2EV2EVE?真空能級(jí)(a ) 兩個(gè)分離半導(dǎo)體的能帶圖biVb1Vb2V)( x?2?q2s?q2?q1s?qCE?C1EF1EV1EC2EF2EV2Eb2VVE?b1V1gE1x 2x0?x2gE(b) 在熱平衡下，理想 n － p 異質(zhì)結(jié)的能帶圖圖 異質(zhì)結(jié) 總內(nèi)建電勢(shì) Vbi可以表示為 在異質(zhì)界面上電勢(shì)及自由載流子通量密度 (定義為自由載流子流經(jīng)單位面積的速率 )為連續(xù)的條件下 ， 可以利用傳統(tǒng)的耗盡區(qū)近似方法 ， 由泊松方程式推導(dǎo)耗盡區(qū)寬度和電容 ． 其中一個(gè)邊界條件為電位移連續(xù) ， 也就是 ?1E1= ?2E2， E1和 E2分別為半導(dǎo)體 1和 2在界面 (x＝ 0)處的電場(chǎng) ． Vb1和 Vb2分別為 21 bbbi VVV ??其中 Vb1和 Vb2為在熱平衡時(shí) ， 半導(dǎo)體 1和 2的靜電勢(shì) . 2211221)(NNVVNV bib ??????2211112)(NNVVNV bib ??????其中 N1和 N2分別為半導(dǎo)體 1和 2的雜質(zhì)濃度 ． 耗盡區(qū)寬度 x1和 x2為 )()(2221112211 NNqNVVNx bi???????)()(2221121212 NNqNVVNx bi???????異質(zhì)結(jié) 例 9：考慮一理想突變異質(zhì)結(jié) ， 其內(nèi)建電勢(shì)為 ． 在半導(dǎo)體 1和 2的摻雜濃度為施主 1 1016cm3和受主 3 1019cm3， 且介電常數(shù)分別為 12和 13． 求在熱平衡時(shí) ， 各材料的靜電勢(shì)和耗盡區(qū)寬度 ． 解 : 在熱平衡時(shí) (或 V＝ 0)異質(zhì)結(jié)的靜電勢(shì)和耗盡區(qū)寬度分別為 VVNN VVNV bib )103(13)101(12 )103(13)( 1916192211221 ????????????????VVNN VVNV bib 41916162211112 )103(13)101(12)101(12)( ??????????????????cmcmx 51916161919141 106 0 )1031310112()101()()103()(13122 ?????????????? ????????cmcmx 81916191916142 )1031310112()103()()101()(13122 ?????????????? ????????異質(zhì)結(jié) 小結(jié)－ PN結(jié)的形成 N P 空間電荷區(qū) XM 空間電荷區(qū)－耗盡層 XN XP 空間電荷區(qū)為高阻區(qū)，因?yàn)槿鄙佥d流子 小結(jié)－ 正向 偏置 的 PN結(jié)情形 正向偏置時(shí)，擴(kuò)散大于漂移 N區(qū) P區(qū) 空穴： 正向電流 ? ? ? ? ???????? ????????? ???? 100 kTqVppnnnpnp eLDpLDnxjxjj電子： P區(qū) N區(qū) 擴(kuò)散 擴(kuò)散 漂移 漂移 N P 小結(jié)－ PN結(jié)的反向特性 N區(qū) P區(qū) 空穴： 電子： P區(qū) N區(qū) 擴(kuò)散 擴(kuò)散 漂移 漂移 ? ? ? ? ??????????????????????100 kTqVppnnnpnprReLDpLDnxjxjj反向電流 反向偏置時(shí)，漂移大于擴(kuò)散 N P 小結(jié)－ PN結(jié)的特性 單向?qū)щ娦裕? 正向偏置 反向偏置 正向?qū)?，多?shù)載流子擴(kuò)散電流 反向截止，少數(shù)載流子漂移電流 正向?qū)妷?Vbi~(Si) 反向擊穿電壓 Vrb
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