第二节 PN结
第二节 PN结
一、PN结制造工艺： 在一块P型（或型）半导体中，掺入施主杂质（或受主杂 质)，将其中一部分转换为N型（或P型）。这样形成的PN结 保持了两种半导体之间晶格结构的连续性，此制造工艺称为 平面扩散法。 实际的PN结均为不对称结，它的P型和N型半导体具有 不同的掺杂浓度。其中，P区掺杂浓度大于N区的称为P+W 结；N区掺杂浓度大于P区的称为PW+结
一、PN结制造工艺： 在一块P 型（或N型）半导体中，掺入施主杂质（或受主杂 质），将其中一部分转换为N型（或P型）。这样形成的PN结 保持了两种半导体之间晶格结构的连续性，此制造工艺称为 平面扩散法。 P N + + PN 实际的PN结均为不对称结，它的P型和N型半导体具有 不同的掺杂浓度。其中，P区掺杂浓度大于N区的称为 结；N区掺杂浓度大于P区的称为 结
二、动态平衡下的PN结： 1、PN结形成过程（阻挡层形成的物理过程）： 接触面 P型 N型 。 0 Φ8。⊕⊕ ● O O ● ⊕⊕·⊕o⊕ ⊕ ⊙● ● O。⊙ O ⊕。⊕⊕⊕⊕ ○ O ⊕ ⊕ o ● O ⊕⊕
1、PN结形成过程（阻挡层形成的物理过程）： 二、动态平衡下的PN结： 接触面 P型 N型
空间电荷区 P区 N区 ⊕ ⊕ ⊕·⊕⊕ ● ● 0. O ⊕ ⊕ ⊕o⊕ ⊕ e.0 O ⊕ ⊕ ⊕ ⊕· ⊕ ⊕ ④ ⊕ ⊕ ⊕ ● @o ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ 内建电场E 设ID为P区流向N区的扩散电流 L,为N区流向P区的漂移电流
空间电荷区 内建电场E P区 N区 设 ID 为P区流向 N区的扩散电流 IT 为N区流向P区的漂移电流
由于浓度差的影响，载流子将产生扩散运动。随着多子 扩散运动的进行，紧靠在接触面两侧留下被电的离子电荷量 增多，空间电荷区增宽，其间的内建电场E相应增大。 结果：是多子扩散减弱，同时少子漂移增强，直到扩散 和漂移运动达到动态平衡
由于浓度差的影响，载流子将产生扩散运动。随着多子 扩散运动的进行，紧靠在接触面两侧留下被电的离子电荷量 增多，空间电荷 区 增宽，其间的内建电场E相应增大。 结果：是多子扩散减弱，同时少子漂移增强，直到扩散 和漂移运动达到动态平衡
扩散和漂移运动达到动态平衡： 此时通过空间电荷区的总电流为零，因而通过P结 的净电流为零。 PN结可称为：空间电荷区、耗尽区、阻挡层、势垒区
扩散和漂移运动达到动态平衡： D T I = I 此时通过空间电荷区的总电流为零，因而通过PN结 的净电流为零。 PN结可称为：空间电荷区、耗尽区、阻挡层、势垒区
2、内建电位差： 内建电位差：由内建电场E产生的电位差，用V。表示 根据动态平衡条件： ID =IT 求得V.近似表达式 Vs≈V,n NaNd ni 式中 kT Vr V称为热电压，单位为伏特。 当室温为T=300K时 Vx≈26my 上式表明，PN结两边的掺杂浓度N,、N:越大，n越小， VB就越大。锗的n大于硅，因而硅的V.大于锗
内建电位差：由内建电场E产生的电位差，用 VB 表示 根据动态平衡条件： D T I = I 求得VB 近似表达式 2 ln i a d B T n N N V V 式中 q kT VT = VT 称为热电压，单位为伏特。 当室温为 T = 300K 时 V mv T 26 上式表明，PN结两边的掺杂浓度Na、Nd 越大，ni 越小， VB就越大。 锗的ni 大于硅，因而硅的VB大于锗。 2、内建电位差:
P区 空间电荷区 N区 。O ⊕ ⊕ ⊕⊕⊕ O●⊙ S ⊕ ⊕ ⊕ ⊕⊕ ⊕ o ● 。 8 o ⊕ ⊕ ⊕ ⊕⊕ ● ● O●⊙ o o ⊕ ⊙ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕⊕⊕ o ● 内建电场E P+N结的内建电位差 V VB -Xp X
空间电荷区 内建电场E P区 N区 V 0 X VB -XP Xn P N 结的内建电位差 +
3、阻挡层宽度： 设、PN结的截面积为S,则阻挡层在 P区一边的负电荷量为： Q.=-qSxpN。 N区一边的正电荷量为： O:=gSxnNd 它们的绝对值相等，因而有： Na 此式表明，阻挡层任一侧宽度与该侧掺杂浓度成反比。 或者说，阻挡层主要向低掺杂一侧扩展
设、PN结的截面积为 S ，则阻挡层在 P区一边的负电荷量为： Q− = −qSx p Na N区一边的正电荷量为： Q+ = qSxn Nd 它们的绝对值相等，因而有： d a p n N N x x = 此式表明，阻挡层任一侧宽度与该侧掺杂浓度成反比。 或者说，阻挡层主要向低掺杂一侧扩展。 3、阻挡层宽度：
例如P+N结，即P区的N大于N区的Na 故 Xn>Xp 还可证明，动态平衡下P结的阻挡层宽度为： l。=xn+xn= Va+Va】 式中、ε为介电常数，由此式可知，V。越小或者N和N 越大，1，就越小
例如 P N + 结，即P区的Na大于N区的Nd 故 还可证明，动态平衡下PN结的阻挡层宽度为： 2 1 2 + = + = a d a d o n p B N N N N V q l x x 式中、ε为介电常数，由此式可知，VB 越小或者Na和Nd 越大，l o就越小。 X n X p