【正文】 注：隧道二極管也稱江崎二極管，其伏安特性有負(fù)阻區(qū)。（使圖像向下平移）應(yīng)用：太陽能電池，光電二極管167。 光生伏特效應(yīng)原理：入射光源激發(fā)電子空穴對，在距勢壘區(qū)一個擴散長度范圍內(nèi)產(chǎn)生的少子可被勢壘區(qū)強電場抽到對方，形成光致電流，顯然這個電流與反向電流方向一致。167。擴散電容的計算：與過剩少子相對應(yīng)，為保持電中性，存在過剩多子分布因此總存貯電荷 QD=Qp+Qn ，對p型區(qū)同理，所以總存貯電荷由此得到擴散電容從擴散電容的表達(dá)式可以看出，CD隨正向偏壓指數(shù)增加，故反偏時極小。 擴散電容擴散電容：在正向偏壓下，空間電荷區(qū)外擴散長度范圍內(nèi)存貯有過剩載流子Δn，Δp（可參見本章167。(b) 實際可類似平行板電容得出，V越大時，d越小，電容越大。為簡化計算，我們引入“耗盡近似”，即認(rèn)為勢壘區(qū)載流子均已耗盡（空間電荷區(qū)載流子濃度趨于零）得到電荷分布如下圖：n區(qū) p區(qū)e?ND xn xp e?NA 電荷分布圖電荷分布為由電中性條件得到：eNDxn=eNAxp (即結(jié)兩側(cè)所帶正負(fù)電量之和為0)從而有，把空間電荷區(qū)厚度（xn+xp）用d表示，即d=（xn+xp）則存儲電荷 |Q|= eNDxn=eNAxp=,其中稱為約化濃度，用N*表示，故|Q|= ed N*，由于電場分布，而ρ(x)在兩側(cè)為常數(shù)，因此E(x)在兩側(cè)均為線性變化，得到電場分布如下圖所示：n區(qū) p區(qū) EM xn xp 電場分布圖不難求得，而xn ，xp兩點電勢差ΔV等于兩點之間對電場的積分，因此等于電場分布圖中陰影的面積。 勢壘電容勢壘電容：外加電壓可以改變勢壘高度，使空間電荷區(qū)厚度發(fā)生變化而產(chǎn)生的電容效應(yīng)。下面分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。2 pn結(jié)電容pn結(jié)包含兩種電容效應(yīng)：勢壘電容和擴散電容。n區(qū)電子漂移電流注入到p區(qū)邊界，少子擴散電流邊擴散邊復(fù)合，擴散電流減少，與空穴復(fù)合轉(zhuǎn)化為空穴電流。另外，和都正比于，因此有：，因此ni小時（對應(yīng)于寬禁帶材料）空間電荷區(qū)復(fù)合作用大。綜上我們可以看到，反向電流很小是由于受有限的產(chǎn)生速率限制，如果在擴散長度范圍內(nèi)提供少子，將使反向電流增加。反向偏壓p區(qū)n區(qū)np0 pn0 p n xp xn 反向pn結(jié)少子分布圖EFp e(VD+VR) eVR EFn反向偏壓時仍然成立，只是式中的V在此時為負(fù)數(shù)，反向偏壓下，準(zhǔn)費米能級的降落仍在空間電荷區(qū)以外,只是在反偏下勢壘升高，空間電荷區(qū)少子欠缺，由于少子擴散區(qū)Δp，Δn為負(fù)值，將有載流子不斷產(chǎn)生，并輸運到勢壘邊界，由空間電荷區(qū)的強電場掃入對方，因此反向電流實際上是少子擴散區(qū)的產(chǎn)生電流。2. 正向偏壓下中很大，則式中的“1”可以省略，近似有j隨V指數(shù)增長?！吆驮谕ǔ５膹婋婋x條件下取決于摻雜濃度，是常數(shù)，而，可以看出，禁帶越寬越小，溫度越高越大。正向偏壓正向偏壓時，注入的少子依靠在勢壘兩側(cè)建立的少子濃度梯度向縱深擴散，穩(wěn)定注入下，少子電流與第五章中一維擴散問題相同，由于注入少子存在，故勢壘區(qū)附近不存在電子和空穴的統(tǒng)一費米能級（以后用EFh和EFe表示空穴和電子的準(zhǔn)費米能級，用EFn和EFp表示很遠(yuǎn)時統(tǒng)一的費米能級）p區(qū)n區(qū) Δp Δn pn0np0 xp xn 注入少子分布圖 e(VD?V) EC EFn EFp eV EV 正向pn結(jié)的能帶圖在任一點，電流可以寫作通過同一截面的電子電流和空穴電流之和，有j = jp(x) + jn(x)因此可以利用xp點的電流來表示通過pn結(jié)的電流，即j = jp(xp) + jn(xp)假設(shè)電子和空穴通過空間電荷區(qū)時不發(fā)生復(fù)合，則有jp(xp) = jp(xn) ∴j = jp(xn) + jn(xp)由第五章一維擴散結(jié)論得到由前面的推論可知費米能級主要變化在載流子濃度低的地方，又因為空間電荷區(qū)相對于電子空穴擴散長度很短，故可以認(rèn)為準(zhǔn)費米能級是在勢壘區(qū)以外降落的，據(jù)此得到上面的能帶圖。 pn結(jié)的伏安特性pn結(jié)的伏安特性概括起來就是單向?qū)щ娦裕粼趐n結(jié)上加正向電壓，電壓將主要降在勢壘區(qū)，使勢壘降低，擴散電流將超過漂移電流而形成正向電流，由于這是驅(qū)使多子向?qū)Ψ搅鲃樱士尚纬奢^大的正向電流；若施加反向電壓，勢壘增高，電場增強，漂移電流超過擴散電流形成反向電流，但由于這時是驅(qū)使少子流向?qū)Ψ剑娏鱽碓词艿絿?yán)重限制，因此反向電流通常很小。在pn結(jié)中，若加偏壓，則電壓將體現(xiàn)在與勢壘相聯(lián)系得高阻區(qū)。證明：非均勻半導(dǎo)體電流可以表示為由于再代入得到，得證。廣義歐姆定律對于均勻半導(dǎo)體，有 ……式由于費米能級與帶邊之間距離恒定（均勻半導(dǎo)體，因此EF相對Ei的位置恒定）因此上面式等價于 ……式對于非均勻半導(dǎo)體，由于存在擴散電流式不再成立，但是可以證明，漂移電離和擴散電流之和仍可用式表示，因此也稱式為廣義歐姆定律表達(dá)式。從而阻止載流子向?qū)Ψ綌U散，自建場使n區(qū)能帶連同費米能級相對p區(qū)下降，直到使EF水平，形成勢壘。 平衡pn結(jié)pn結(jié)實際上是一種非均勻半導(dǎo)體，因此熱平衡時各處費米能級在同一水平上，這是依靠在界面附近形成空間電荷區(qū)和自建電場實現(xiàn)的。1 pn結(jié)及其伏安特性基本特性：單向?qū)щ娦裕琾接（+）時稱為正向?qū)?，p接（?）時稱為反向截止。l 陷阱效應(yīng)在半導(dǎo)體中，雜質(zhì)和缺陷除了起施主、受主和復(fù)合中心的作用，在有些情況下，還能起陷阱作用：即陷阱中心能顯著俘獲并收容其中一種過剩載流子，這種情況下，代替Δp=Δn有Δp=Δn+ΔntΔnt表示為過剩載流子引起中心上的電子改變量。設(shè)某點x=0處的電子濃度為n0，把該點電勢定為0，則其它點電子濃度為 ,∴擴散流為 ，∴擴散電流為由于擴散電流與漂移電流之和為零，有故得到，同理有，綜上，公式得證。（我們前面討論的情況就是這種）167。則有(Δp)0 = G/(+ Sp)167。 表面過剩載流子濃度(Δp)0光產(chǎn)生率G：由于光照每秒產(chǎn)生的過剩載流子濃度?！?如同Δp以擴散速度運動的結(jié)果，∴稱為擴散速度。 一維穩(wěn)定擴散（以N型半導(dǎo)體為例）面光照產(chǎn)生過剩載流子(Δp)0向體內(nèi)擴散，邊擴散邊復(fù)合，如光照穩(wěn)定，可形成穩(wěn)定分布Δp(x)，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后有：積累速率=凈復(fù)合速率∵p=p0+Δp ,而p0是常數(shù) ∴dp = dΔp ∴擴散流為：j = ?Dp(dΔp/ dx)故積累率 ，而復(fù)合率R=Δp/τ , (其中τ為壽命)從而得到微分方程：，其通解為其中Lp=，稱為擴散長度。對三維來說有擴散流公式：由擴散流所產(chǎn)生的電流為：總電流為擴散電流和漂移電流之和，因此有：對于半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子來說，其運動的主要形式是擴散運動，漂移流很小，可以略去；而對于多子來說，擴散流和漂移流都要考慮。對簡單的一維擴散，有：電子的擴散流： ,其中比例系數(shù)Dn稱為電子擴散系數(shù)。 Ei 弱P區(qū) 高阻區(qū) Et強P區(qū) EVEF所屬區(qū)域n0,p0,n1,p1大小關(guān)系化簡的壽命強N型區(qū)n0 p1 n1 p0高阻區(qū) 弱N型區(qū)p1 n0 p0 n1弱P型區(qū)p1 p0 n0 n1強P型區(qū)p0 p1 n1 n0167。下面分區(qū)進(jìn)行說明。把禁帶分為3部分——強N區(qū)、強P區(qū)和高阻區(qū)。（但由于n1和p1隨溫度下降而減小，故在極低溫條件下，淺能級雜質(zhì)也能起到復(fù)合中心的作用）小信號下的壽命小信號即過剩載流子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于多子濃度的情況，此時有：凈復(fù)合率=則根據(jù)EF在禁帶中的位置來對壽命進(jìn)行化簡：設(shè)Et位于禁帶下半部，Et180。穩(wěn)態(tài)（存在過剩載流子）存在過剩載流子時電子的凈復(fù)合率= Cn?En ；空穴的凈復(fù)合率=Cp?Ep穩(wěn)態(tài)時有電子的凈復(fù)合率與空穴的凈復(fù)合率相同，稱為電子空穴對的凈復(fù)合率，即凈復(fù)合率=Cn?En=Cp?Ep由Cn?En=Cp?Ep 得到：從中解得代回到凈復(fù)合率的表達(dá)式得到：凈復(fù)合率= Cn－En= ∵，代入上式得到凈復(fù)合率的最終表達(dá)式：凈復(fù)合率＝由凈復(fù)合率的表達(dá)式我們可以看出復(fù)合中心通常是深能級雜質(zhì)，因為對淺施主能級雜質(zhì)來說，n1很大；對淺受主能級雜質(zhì)來說，p1很大。四個基本過程： 甲 乙 丙 丁（箭頭表示電子運動方向） 1. 甲過程把單位時間俘獲電子數(shù)定義為電子俘獲率，用Cn表示，有：Cn = rn?n? (Ntnt)其中Nt：復(fù)合中心濃度； nt：俘獲中心電子濃度； (Ntnt)即表示復(fù)合中心的空穴濃度； rn ：電子俘獲系數(shù)即單位時間從導(dǎo)帶俘獲的電子數(shù)正比于導(dǎo)帶電子濃度，正比于復(fù)合中心的空穴濃度，比例系數(shù)是rn 2. 乙過程把單位時間激發(fā)的電子數(shù)定義為電子激發(fā)率，用En表示，有：En=sn?nt其中Sn是比例系數(shù)3. 丙過程類似定義空穴俘獲率Cp，有：Cp=rp?p?nt ，rp是空穴俘獲系數(shù)4. 丁過程 類似定義空穴激發(fā)率Ep，有：Ep=sp? (Nt?nt) ， sp是空穴激發(fā)系數(shù)上述過程中定義的比例系數(shù)日rn,sn,rp,sp可以認(rèn)為是與n，p無關(guān)的常數(shù)，但rn和sn，rp和sp之間是相聯(lián)系的，當(dāng)熱平衡時，甲、乙兩過程平衡，即Cn=En ，丙、丁兩過程平