第六章的半导体物理课件主要聚焦于p-n结这一核心概念。p-n结是在半导体中由p型半导体和n型半导体结合形成的特殊区域,它的特性并非简单地等同于p型和n型半导体的串联。p-n结的主要特点是其单向导电性,这是由于在界面处形成的势垒和独特的载流子行为。 p-n结的形成通常通过合金法、扩散法或离子注入法。合金结和高表面浓度的浅扩散结被认为是突变结,杂质分布均匀,而低表面浓度的深扩散结则呈现线性缓变,杂质浓度从p区逐渐过渡到n区。结深xj定义为p区和n区交界面的位置。 在p-n结中,存在一个空间电荷区,这个区域的两侧是不同类型的半导体,带有相反电荷。空间电荷区内的电场(内建电场E)使得费米能级在p区和n区之间形成不连续,导致电子从n区向p区移动,空穴则从p区向n区移动。在热平衡状态下,p-n结的费米能级是统一的,这个状态称为平衡p-n结。 平衡p-n结的能带图显示了费米能级在n区较高而在p区较低,电子试图从n区迁移到p区,空穴则反向移动。这个过程形成了一个电势差,即接触电势差VD。接触电势差的大小与掺杂浓度、温度和材料的禁带宽度有关。例如,在300K下,如果ND=10^15cm^-3,NA=10^17cm^-3,硅的接触电势差为0.7V,锗的为0.32V。 在p-n结中,载流子(电子和空穴)的分布受到内建电场的影响。电子在n区的浓度低于p区,空穴在p区的浓度低于n区,这是因为载流子被内建电场阻止跨越结区。在n区,电子被推向p区,形成一个电子势垒,而在p区,空穴被拉向n区,形成一个空穴势阱。 总结来说,p-n结是半导体器件中的关键构造,它的形成、能带结构、载流子分布和接触电势差都是理解和设计半导体器件如二极管、晶体管等的基础。理解这些概念对于深入学习微电子学至关重要,因为它们是现代电子技术的基石。
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