电子工程物理基础.pptx

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1、第5章 半导体中电子的控制5.1 半导体与外界作用5.2 半导体与半导体半导体与半导体5.3 半导体与金属5.4 半导体与绝缘体第1页/共92页5.1 半导体与外界作用一.半导体与热温度可以影响温度可以影响载流子的浓度载流子的浓度载流子的分布载流子的分布载流子浓度不均匀载流子浓度不均匀扩散运动扩散运动低温弱电离低温弱电离中温全电离中温全电离高温本征激发高温本征激发温度不均匀温度不均匀第2页/共92页 费米能级费米能级 载流子浓度载流子浓度)2ln(21210CDDCFNNTkEEETkECDDeNNn021202)ln(0CDCFNNTkEEDNn 0CVVCiFNNTkEEEEln21210

2、TkEVCigeNNnpn021200中温中温高温高温低温低温1.温度对浓度的影响由4.2得知第3页/共92页（1）n T分析、讨论TkECDDeNNn021202DNn 0TkEVCigeNNn0212希望器件工作在此温区希望器件工作在此温区第4页/共92页（2）EF T)2ln(21210CDDCFNNTkEEE)ln(0CDCFNNTkEEEF ED的相对位置反映了半导体中载流子的电离程度低温中温（掺杂一定）（掺杂一定）第5页/共92页（3）EF 掺杂（掺杂（T一定，则一定，则NC也一定）也一定）T一定，一定，ND越大，越大，EF越靠近越靠近ECT一定，一定，NA越大，越大，EF越靠近越

3、靠近EV。)ln(0CDCFNNTkEE中温第6页/共92页2.局部热对分布的影响温度不均匀温度不均匀载流子浓度不均匀载流子浓度不均匀载流子扩散载流子扩散内建电场内建电场温差电动势0032CFskEETqk T 均匀温度梯度下的半导体的能带图+-FsdEqqVTdT 温差电动势的方向与半导体导电类型相关。温差电动势的方向与半导体导电类型相关。所以可以利用热探针法判断半导体导电类所以可以利用热探针法判断半导体导电类型。型。第7页/共92页二.半导体与光产生非平衡载流子gEh 第8页/共92页半导体中会出现阻碍多半导体中会出现阻碍多子扩散的内建电场，导子扩散的内建电场，导致能带弯曲。但当光注致能带

4、弯曲。但当光注入入载流子量很小时载流子量很小时，该该内建电场可以忽略内建电场可以忽略。类似于温差电动势，半导体吸收光子也会产生电动势类似于温差电动势，半导体吸收光子也会产生电动势光生伏特效应。光生伏特效应。一类是发生在均匀半导体材料内一类是发生在均匀半导体材料内部部丹倍效应丹倍效应非平衡载流子扩散速度的差异而引非平衡载流子扩散速度的差异而引导起的光照方向产生电场和电位差。导起的光照方向产生电场和电位差。一类是发生在半导体的界面pn结光生伏特效应 （常用于太阳能电池）光在界面层被吸收，产生电子空穴对。通光在界面层被吸收，产生电子空穴对。通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子和过空间电荷的电场作用

5、被相互分离。电子和空穴向相反方向运动。产生一个向外的可测空穴向相反方向运动。产生一个向外的可测试的电压。试的电压。光生伏特效应光生伏特效应第9页/共92页三三. .半导体与磁半导体与磁1.1.霍耳效应霍耳效应 通了电流通了电流的半导体在垂直电流方向的的半导体在垂直电流方向的磁场磁场作用下，在与电流和磁场垂直作用下，在与电流和磁场垂直的方向上形成电荷积累和出现的方向上形成电荷积累和出现电势差电势差的现象。的现象。 磁场磁场 洛仑兹力洛仑兹力 改变载流子运动的方向改变载流子运动的方向磁场作用下的通电磁场作用下的通电n型半导体的霍尔效应型半导体的霍尔效应xyzEH比例系数比例系数RH 霍尔系数霍尔系

6、数BvqF洛JBEHJBREHH- - - -+ + + +第10页/共92页洛仑兹力洛仑兹力电场力电场力霍尔效应霍尔效应可以测定可以测定载流子浓度载流子浓度及载流子及载流子迁移率迁移率等重要参数，以及判断等重要参数，以及判断材料的材料的导电类型导电类型。还可制作。还可制作霍尔器件霍尔器件。霍尔电压的正负相反霍尔电压的正负相反p p型型n型 （1）判断导电类型）判断导电类型n型型 RH0EHqvBqEH-JBRBnqJBvEHH- ）（10HRnq 10HRpq同理：同理：JBREHH第11页/共92页（2）测定载流子浓度及迁移率）测定载流子浓度及迁移率1HRnq 1HRpq或三参量已知，测出

7、VH求出RH求出n或p测出电导率测出电导率可求出霍尔迁移率（3）霍尔器件）霍尔器件HxxVI B保持其中一个量不变，另一个或两个作变量，应用保持其中一个量不变，另一个或两个作变量，应用于不同场合。于不同场合。JBREHHBbdIRbVHHBIdVRHH（b-宽 d-厚）第12页/共92页2. 回旋共振回旋共振 u Cyclotron resonance experiments测测 m* m* 能带结构能带结构一些物质如半导体中的载一些物质如半导体中的载( (电电) )流子在一定的恒定流子在一定的恒定( (直流直流) )磁场和高频磁场同磁场和高频磁场同时作用下会发生抗磁共振时作用下会发生抗磁共振

8、( (常称回旋共振常称回旋共振) )第13页/共92页电子的初速度为电子的初速度为v ,在恒定磁场（在恒定磁场（B）中：）中：ncmqBBvqfBqvqvBfsin2nvfmrcvr 回旋频率原原 理理fv/vrBv第14页/共92页均匀均匀磁场磁场实验方法实验方法ncmqBc发生共振吸收发生共振吸收第15页/共92页以以硅硅为例为例,回旋共振回旋共振实验现象实验现象：（1）B沿沿111方向，观察到一个吸收峰。方向，观察到一个吸收峰。（2）B沿沿110方向，观察到两个吸收峰。方向，观察到两个吸收峰。（3）B沿沿100方向，观察到两个吸收峰。方向，观察到两个吸收峰。（4）B沿任意轴方向，观察到三

9、个吸收峰。沿任意轴方向，观察到三个吸收峰。第16页/共92页四四. .半导体与力半导体与力压阻效应压阻效应是指半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，使其电阻是指半导体受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，使其电阻率发生变化的现象。它是率发生变化的现象。它是C.SC.S史密斯在史密斯在19541954年对硅和锗的电阻率与应力变化特年对硅和锗的电阻率与应力变化特性测试中发现的。性测试中发现的。半导体半导体施加力施加力晶格间距变化晶格间距变化周期势场变化周期势场变化能带结构变化能带结构变化迁移率变化迁移率变化电导率变化电导率变化( ,1,2,3,4)abTa b压阻系数，四阶张量。反映压电

10、效应的强弱。压阻系数，四阶张量。反映压电效应的强弱。T应力（单位截面所受力）半导体应变计压敏二极管压敏晶体管控制载流子的迁移率应用：压阻式压力传感器、压阻式加速度计传感器应用：压阻式压力传感器、压阻式加速度计传感器第17页/共92页第5章 半导体中电子的控制5.1 半导体与外界作用5.3 半导体与金属5.2 半导体与半导体5.4 半导体与绝缘体第18页/共92页5.2 半导体与半导体半导体与半导体半导体与半导体同质结同质结异质结异质结p-n结结n+-n、p+-p结同型n-n、p-p异型n-p、p-n第19页/共92页p-n结基本结构结基本结构(1) Alloyed Junctions (合金结

11、合金结)(2) Diffused Junctions (扩散结扩散结) (3) Ion Implantation (离子注入离子注入) (4) Epitaxial Growth (外延生长外延生长)1. 制备方法制备方法最最常常用用一一.p-n.p-n结结第20页/共92页合金温度合金温度降温再结晶降温再结晶(1) Alloyed Junctions (合金结合金结)第21页/共92页(2) Diffused Junctions (扩散结扩散结)第22页/共92页扩散系统第23页/共92页 (3) Ion Implantation (离子注入离子注入)第24页/共92页第25页/共92页2 .

12、 pn结区(Space charge region)的形成漂移运动漂移运动扩散运动扩散运动+-内建电场内建电场E 刚接触，扩散刚接触，扩散（达到动态平衡达到动态平衡）扩散扩散=漂移漂移建立内建电场建立内建电场漂移漂移P型半导体型半导体n型半导体型半导体第26页/共92页阻挡层阻挡层 耗尽区耗尽区Depletion region空间电荷区空间电荷区Space charge region 当当p p型半导体和型半导体和n n型半导体接触在一起时型半导体接触在一起时, ,扩散和漂移这一对相反的扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚运动最终达到平衡，相当于

13、两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。在两者的交界面处存在着一个过渡区在两者的交界面处存在着一个过渡区, ,通常称为通常称为p-np-n结结. .中性区中性区第27页/共92页缓变结缓变结与与突变结突变结1. Alloyed Junctions (合金结合金结)2. Diffused Junctions (扩散结扩散结) 3. Ion Implantation (离子注入离子注入) 4. Epitaxial Growth (外延生长外延生长)合金结、高表面合金结、高表面浓度的浅扩散结浓度的浅扩散结深扩深扩散结散结第28页/共92页0E(x)()AprqNxx D0E(x

14、)()nrqNxx ApDnN xN x1022X()()rADDDADNNVqN N 20A20D2)2()(prnrxqNxxxqNxV突变结空间电荷区的突变结空间电荷区的电场电场E(x)、电势电势V(x)、宽度、宽度XD第29页/共92页dxdExdxVdr022)(泊松方程poissons equation:In the p-region:1000)(ECxqNdxqNdxxrArAr0E,pxxprAxqNC01)(E0prAxxqN所以所以In the n-region:)(E0DxxqNnrprnrxqNxqN0A0DmaxE第30页/共92页Edx,)(V x及及0V,pxx是

15、连续函数 V(x), 0 x20A20D2)2()(prnrxqNxxxqNxV第31页/共92页突变结突变结ApDnqN xSqN xSpnDxxXDDAAnXNNNxDDADpXNNNx空间电荷区宽度XD 掺杂浓度高的一侧，空间电荷区域窄。掺杂浓度高的一侧，空间电荷区域窄。1022X()()rADDDADNNVqN N 其中：其中：第32页/共92页,VnDxxV)(22A20DpnDrDxNxNqNVDDAAnXNNNx1022X()()rADDDADNNVqN N DDADpXNNNx20A20D2)2()(prnrxqNxxxqNxV空间电荷区宽度(Space charge regi

16、on width)第33页/共92页3. pn结能带 (Enery band )势垒区势垒区- +0 VDnnoppo第34页/共92页势垒区势垒区- +0 VDnnoppo 势垒区势垒区 高度高度qV ？ 空间电荷区的接触电势差空间电荷区的接触电势差 V？ 势垒区势垒区 宽度宽度 XD ？ 空间电荷区空间电荷区 宽度宽度XD ？ 各区域的载流子浓度分布各区域的载流子浓度分布 n（X）、）、p（X）？）？ n(x)4. pn结的物理参量结的物理参量第35页/共92页TkEEpnFpFnenn000000DqVk Tnpnen平衡时TkEEiniFnenn00n型半导体中的电子浓度为型半导体中的

17、电子浓度为p型半导体中的电子浓度为型半导体中的电子浓度为TkEEipiFpenn00FpFnDEEqV接触电势差VD 000lnnDpnqVk Tn第36页/共92页ApDnNpNn00,全电离非简并20lniADDnNNqTkV * 势垒高度势垒高度 qVD ND、NA 、Eg 2000000lnlnipnpnDnpnqTknnqTkV接触电势差 (The Contact Potential)1022X()()rADDDADNNVqN N 势垒区或空间电荷区宽度第37页/共92页 载流子分布 0( )0qV xk Tpn xn e 0( )0qV xk Tpp xp e0nn0np0pn0p

18、p)(xn( )qV x-Xp Xn 0-Xp Xn 0-Xp Xn 中性区中性区Carrier distributions TkxqVqVnDenxn0)(0 TkxqVqVnDepxp0)(0000DqVk Tnpnen第38页/共92页 TkxqVqVnDenxn0)(0 TkxqVqVnDepxp0)(0或 0( )0qV xk Tpn xn e 0( )0qV xk Tpp xp e第39页/共92页二.p-n结的常规特性1. 1. 势垒区的自由载流子全部耗尽势垒区的自由载流子全部耗尽, ,并并忽略忽略势垒区中载流子的势垒区中载流子的产生产生和和复合复合。现假设现假设: : 2. 2

19、. 小注入小注入: :注入的少数载流子浓度远小于半导体中的多数载注入的少数载流子浓度远小于半导体中的多数载流子浓度。在注入时，流子浓度。在注入时，扩散区的漂移电场扩散区的漂移电场可可忽略忽略。1. Pn结的结的I-V特性特性第40页/共92页中性区中性区000DqVk Tnpnen00CFnEEk TnCnN e00CFpEEk TpCnN enn0np01000TkqVnnnnnfeppxpxp1 1e en nn nx x- -n nx x- - n nT Tk kqVqVp0p0p0p0p pp pp p0 0f f正向偏压下正向偏压下第41页/共92页 外加电场与内建电场方向相反，削弱

20、了内建电场，因而使外加电场与内建电场方向相反，削弱了内建电场，因而使势垒两端的电势差由势垒两端的电势差由V VD D减小为减小为（V VD D-V-Vf f），），相应地势垒区相应地势垒区变薄变薄。(1) 正向偏置正向偏置 （ Forward bias）由于电场作用而使非平衡载流子进入半导体的过程称为由于电场作用而使非平衡载流子进入半导体的过程称为- -电注入电注入非平衡态非平衡态1022X()()rADDDADNNVqN N 1022X()()()rADDDfADNNVVqN N 漂移漂移 扩散扩散漂移漂移=扩散扩散第42页/共92页0nn0pnSpace charge regionNeut

21、ral regionDiffusion region漂移漂移 扩散扩散(2)反向偏置反向偏置 （Reverse bias）V VD D增大为（增大为（V VD D+V+Vr r），相应地势垒区加宽），相应地势垒区加宽1022X()()rADDDADNNVqN N 1022X()()()rADDDrADNNVVqN N 第50页/共92页 势垒区两侧边界上的少数载流势垒区两侧边界上的少数载流子被强电场扫过势垒区。使子被强电场扫过势垒区。使边界处的边界处的少子浓度低于体内少子浓度低于体内。产生了少子的扩。产生了少子的扩散运动，形成了散运动，形成了反向扩散电流反向扩散电流。第51页/共92页第52页

22、/共92页10TkqVsrreJJ类似于正向偏置的方法，可求得反向电流密度类似于正向偏置的方法，可求得反向电流密度那么T,T,k kqVqV一般一般0 0r rsrJJ式中，式中，JsJs不随反向电压变化，称为不随反向电压变化，称为反向饱和电流密度反向饱和电流密度；负号表；负号表示反向电流方向与正向电流方向相反。示反向电流方向与正向电流方向相反。第53页/共92页 p-n结的正向和反向电流密度公式可统一用下列公式表示：结的正向和反向电流密度公式可统一用下列公式表示：1 1e eJ JJ JT Tk kqVqVs s0 0正向：正向：V= Vf反向：反向：V= -Vr（3）I-V charact

23、eristic of a p-n junctionppnnnpsLDpLDnqJ00第54页/共92页p-n结的伏结的伏-安特性安特性v 单向导电性单向导电性-整流整流Ge、Si、GaAs：0.3、 0.7、1Vv 具有可变电阻性具有可变电阻性结论结论VTEg VD VTp-n结的单向导电性结的单向导电性-整流整流第55页/共92页p-n结的温度效应结的温度效应1 1e eJ JJ JT Tk kqVqVs s0 0ppnnnpsLDpLDnqJ00其中：均与均与T有关有关正向电流密度随温度上升而增加。正向电流密度随温度上升而增加。第56页/共92页2. p-n2. p-n结电容结电容 (Ca

24、pacitance of p-n Junctions)(Capacitance of p-n Junctions)v p-n结的结的直流直流伏伏-安特性表明：安特性表明： 1. 具有单向导电性。具有单向导电性。 2. 具有可变电阻性。具有可变电阻性。特别是在特别是在高频运用高频运用时，这个电容效应更为显著。时，这个电容效应更为显著。v p-n结的结的交流交流特性表明特性表明:p-n结还具有结还具有可变电容可变电容的性质的性质第57页/共92页p-np-n结电容包括结电容包括势垒电容势垒电容和和扩散电容扩散电容两部分两部分（1 1）势垒电容）势垒电容C CT TDVX意味着存入部分电子和空穴由于

25、势垒区电荷的变化表现出来的电容效应由于势垒区电荷的变化表现出来的电容效应- -势垒电容势垒电容也称结电容（也称结电容（Junction capacitance）DTXAdVdQCDVX意味着取出部分电子和空穴QXVD第58页/共92页DTXAdVdQC势垒电容势垒电容对于线性缓变结：对于线性缓变结：31012jDrDqVVX2102DADArDDNNNNqVVX对于突变结对于突变结第59页/共92页对于突变结：对于突变结：2112DADADTNNNNVVqAC* 耗尽层近似条件成立耗尽层近似条件成立12142ADTTDADN NqCCAVNN（0）=4正偏下：正偏下：第60页/共92页3121

26、2VVqACDjT其中 :杂质浓度梯度j对于线性缓变结：对于线性缓变结：第61页/共92页荷荷量量) )变变化化Q Q( (扩扩散散区区内内储储存存电电V V变变化化 扩散电容扩散电容(2) 扩散电容扩散电容也称电荷存储电容（也称电荷存储电容（charge storage capacitance charge storage capacitance ）dVdQdVdQdVdQCnpD第62页/共92页dVdQdVdQdVdQCnpD0000( )(1)(1)npnnxxqVqVLk Tk TpnpnxxQq p x dxqpeedxqL pe-第63页/共92页VkTqpnnpDnDpDenL

27、pLkTAqCCC)(00200( )(1)nqVk TnnpxQq n x dxqL ne同理：同理：dVdQdVdQdVdQCnpD那么， 显然，显然， CT与与CD都与都与p-n结的面积结的面积A成正比，且随外加电压成正比，且随外加电压而变化。而变化。第64页/共92页（3）总电容p-n结的总电容为两者之和：结的总电容为两者之和：DTjCCC大正向偏置大正向偏置p-n结时，以结时，以CD为主，为主，CjCD小正向偏置或反向偏置小正向偏置或反向偏置p-n结时，结时， 以以CT为主，为主，CjCT2112DADADTNNNNVVqAC200()qVkTDpnnpAqCL pL nekT第65

28、页/共92页影响影响p-n结伏结伏-安特性的主要因素：安特性的主要因素：产生偏差的原因：产生偏差的原因：（1）正向小电压时忽略了）正向小电压时忽略了势垒区的复合势垒区的复合电流；正向大电压电流；正向大电压时忽略了时忽略了扩散区的漂移电流扩散区的漂移电流和和体电阻体电阻上的压降。上的压降。（2）在反向偏置时忽略了）在反向偏置时忽略了势垒区的产生势垒区的产生电流。电流。三.p-n结的异常特性1.p-n结结I-V特性的非理想因素特性的非理想因素第66页/共92页TkEEchnpnnnpCNUitiit022)(空间电荷区的复合电流空间电荷区的复合电流（正向）（正向）DxrUdxqJ0iitnpnnn

29、pCNU2)(2max02max(1)2qVk TtiN Cn eUitEE TkqVDieXqn02222max()2()tiiN C nnUnnpn 00200nFFEEqVk Tk Tinpn p en e第67页/共92页注入注入p+-n结的结的n侧的空穴及其所造成的电子分布侧的空穴及其所造成的电子分布大注入大注入 （正向）（正向）扩散区产生内建电场扩散区产生内建电场第68页/共92页空间电荷区的产生电流空间电荷区的产生电流 （反向）（反向）DGqGXJTkEEchnpnnnpCNUitiit022)(itEE pnni,2inU2inG 2DiXqn20pRDinpDJqnn L势垒

30、区由热激发通过复合中心产生的电子-空穴对来不及复合就被强电场驱走了， 存在净产生。第69页/共92页势垒区的复合影响大注入影响势垒区的产生影响第70页/共92页2. p-n结的击穿(Berakdown)齐齐纳纳击击穿穿雪雪崩崩击击穿穿电电击击穿穿热热击击穿穿击击穿穿 在反向偏置下，当反向电压很大时，在反向偏置下，当反向电压很大时， p-n结的反向电流结的反向电流突然增加，从而破坏了突然增加，从而破坏了p-n结的整流特性结的整流特性- p-n结的击穿结的击穿。禁带宽度较窄的半导体易发生这种击穿.第71页/共92页 p-n p-n结中的电场随着结中的电场随着反向电压反向电压的增加而增加，少数载流子

31、通过的增加而增加，少数载流子通过反向扩反向扩散散进入势垒区时获得的动能也就越来越大，当载流子的动能大到一定数进入势垒区时获得的动能也就越来越大，当载流子的动能大到一定数值后，与中性原子碰撞时，可以值后，与中性原子碰撞时，可以把中性原子的价电子激发到导带，形成把中性原子的价电子激发到导带，形成电子电子- -空穴对空穴对碰撞电离。碰撞电离。 (1)雪崩击穿雪崩击穿(Avalanche berakdown)连锁反应，使载流子的数量连锁反应，使载流子的数量倍增式的急剧增多，倍增式的急剧增多，因而因而p-np-n结的反结的反向电流也急剧增大，形成了向电流也急剧增大，形成了雪崩击穿雪崩击穿。第72页/共9

32、2页影响雪崩击穿电压的主要因素：影响雪崩击穿电压的主要因素：1.掺杂浓度掺杂浓度: 掺杂浓度大掺杂浓度大,击穿电压小。击穿电压小。 2.禁带宽度禁带宽度: 禁带宽度越宽禁带宽度越宽,击穿电压越大。击穿电压越大。3.温温 度度: 温度升高温度升高,击穿电压增大。击穿电压增大。 正温度系数正温度系数但，杂质浓度很高但，杂质浓度很高势垒区宽度小势垒区宽度小不易完成载流子加速过程不易完成载流子加速过程不利于雪崩倍增不利于雪崩倍增禁带宽度大禁带宽度大碰撞电离产生电子碰撞电离产生电子-空穴对所需能量大空穴对所需能量大不利于雪崩倍增不利于雪崩倍增温度升高温度升高晶格振动散射增加晶格振动散射增加电子、空穴获得

33、的能量易损失电子、空穴获得的能量易损失不利于雪不利于雪崩倍增效应崩倍增效应杂质浓度高杂质浓度高接触电势差大接触电势差大载流子能够获得更大动能载流子能够获得更大动能利于雪崩倍增利于雪崩倍增第73页/共92页(2)(2)齐纳齐纳击穿击穿(Zener berakdown)或隧道击或隧道击穿穿是掺杂浓度较高的非简并是掺杂浓度较高的非简并p-n结中的击穿机制结中的击穿机制. 根据量子力学的观点根据量子力学的观点, ,当势垒宽度当势垒宽度X XABAB足够窄时足够窄时, ,将有将有p p区电子穿透禁带区电子穿透禁带. .当外当外加反向电压很大时加反向电压很大时, ,能带倾斜严重能带倾斜严重, ,势垒宽度势

34、垒宽度X XABAB变得更窄变得更窄. .造成很大的反向电流造成很大的反向电流. .使使p-np-n结击穿结击穿. .XDXAB第74页/共92页影响齐纳击穿电压的主要因素：影响齐纳击穿电压的主要因素：1.掺杂浓度掺杂浓度:掺杂浓度掺杂浓度大大,击穿电压击穿电压小小. 2.禁带宽度禁带宽度:禁带宽度禁带宽度越宽越宽,击穿电压击穿电压越大越大.3. 温度温度:温度升高温度升高,击穿电压下降。击穿电压下降。 负负温度系数温度系数杂质浓度高杂质浓度高势垒区宽度窄势垒区宽度窄隧道长度短隧道长度短易发生隧道击穿易发生隧道击穿禁带宽度大禁带宽度大势垒区宽度大势垒区宽度大隧道长度变长隧道长度变长不易隧道击穿

35、不易隧道击穿温度升高温度升高禁带宽度变窄禁带宽度变窄势垒区宽度变小势垒区宽度变小隧道长度变短隧道长度变短第75页/共92页 齐纳击穿齐纳击穿电压具有电压具有负负的温度系数的温度系数, ,而雪崩击穿而雪崩击穿电压具有电压具有正正的的温度系数温度系数, ,这种温度效应是区分两种击穿机构的重要方法这种温度效应是区分两种击穿机构的重要方法. . 掺杂浓度高掺杂浓度高, ,反向偏压不高的情况下反向偏压不高的情况下, ,易发生齐纳击穿易发生齐纳击穿 反向偏压较高的情况下，易发生雪崩击穿反向偏压较高的情况下，易发生雪崩击穿. .结结 论论例，Si、Ge：4/BRgVEq6/BRgVEq4/6/gBRgEqV

36、Eq齐纳击穿（隧道击穿）齐纳击穿（隧道击穿）雪崩击穿雪崩击穿两者均存在两者均存在第76页/共92页 当当p-np-n结的两边都是重掺杂时结的两边都是重掺杂时: (1) : (1) 费米能级分别进入导带费米能级分别进入导带和价带和价带. (2). (2)势垒十分薄势垒十分薄. . 在外加正向或反向电压下在外加正向或反向电压下,有些载流子将可能穿透势垒产生有些载流子将可能穿透势垒产生额外的电流额外的电流. 隧道电流隧道电流平衡时平衡时四四.p-n.p-n结中的隧道效应结中的隧道效应第77页/共92页加正向电压的情况加正向电压的情况加反向电压的情况加反向电压的情况热平衡（无外加电压）热平衡（无外加电

37、压）扩散扩散电流电流第78页/共92页隧道二极管的优点：隧道二极管的优点：温度影响小、高频特性良好温度影响小、高频特性良好应用于低噪声高频放大器及高频振荡器中（其工作频率可达毫应用于低噪声高频放大器及高频振荡器中（其工作频率可达毫米波段），也可以被应用于高速开关电路中。米波段），也可以被应用于高速开关电路中。 江崎二极管 单位时间通单位时间通过过p-n结的结的多子数目起多子数目起伏小。伏小。一般一般p-n结结电子穿过电子穿过势垒极其势垒极其迅速迅速隧道隧道p-n结结第79页/共92页隧道二极管的伏安特性常用的隧道二极管脉冲电路 若选取R、E的不同数值，可作三种具有代表性的直流负载线 ：负载线负

38、载线图（图（a)a)与伏安特性交于低压正阻区与伏安特性交于低压正阻区a a点，它是稳定点，用于构成点，它是稳定点，用于构成单稳电路单稳电路。负载线负载线与伏安特性相交于负阻区的与伏安特性相交于负阻区的b b点，它是不稳定点，用于构成点，它是不稳定点，用于构成多谐振荡电路多谐振荡电路。负载线负载线与伏安特性交于与伏安特性交于C C、D D、E E三点，三点，C C、E E为稳定点，为稳定点，D D为不稳定点，用于构成为不稳定点，用于构成双双稳电路稳电路，因此，选取不同的静态工作点负载线，就可获得不同类型的脉冲电路。因此，选取不同的静态工作点负载线，就可获得不同类型的脉冲电路。 第80页/共92页

39、型型同型异质结型型异型异质结异质结nnpppnnp五五. . 异质结异质结第81页/共92页电子亲和能功函数功函数1. p-n型型第82页/共92页第83页/共92页2. n-p型型空穴耗尽空穴耗尽电子耗尽电子耗尽第84页/共92页3. p-p型型空穴积累空穴积累空穴耗尽空穴耗尽第85页/共92页4. n-n 型型电子积累电子积累电子耗尽电子耗尽第86页/共92页异质结的主要性质1. 1. 可提高注入比可提高注入比2. 2. 窗口效应窗口效应3. 3. 限制光子的光波导壁界限制光子的光波导壁界4. 4. 限制载流子的势垒限制载流子的势垒第87页/共92页在总电流中电子电流与空穴电流之比，称为电

40、子的在总电流中电子电流与空穴电流之比，称为电子的注入比注入比。 下面以下面以p-n型为例，并借用同质型为例，并借用同质p-n结的电流表达式，做些定结的电流表达式，做些定性的讨论。性的讨论。1 1e en nL LD Dq qJ JT T0 0k kqVqVp0p0n nn nn n外加正偏：外加正偏：1 1e ep pL LD Dq qJ JT T0 0k kqVqVn0n0p pp pp pn0n0n np pp pn np pn np pn nL LD DL LD DJ JJ J0p1. 1. 可提高注入比第88页/共92页TkEADpnnipipeNNpnnn000220)()(n np pp pn nn np pp pn nn0n0n np pp pn np pn nL LD DL LD DL LD DL LD Dp pn nL LD DL LD DJ JJ J同质pn结E=()()CVgngpEEEE第89页/共92页2. 窗口效应应用应用:1. 太阳能电池太阳能电池2. 发光二极管发光二极管第90页/共92页(1) 2 (2) (3)3.限制光子的光波导壁界4.4.限制载流子的势垒限制载流子的势垒第91页/共92页感谢您的观看！第92页/共92页