半导体物理课件：第六章 p-n结.ppt

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。