中国科学技术大学：《半导体器件原理》课程教学资源（课件讲稿）第二章 PN结

中国科学技术大学物理系微电子考业 -qNA qNp e ⊕⊕ e T 9 e 1E e 9 I⊕ ⊕ n a 9 1⊕ ⊕ 9 1⊕ ⊕ 下苹 0 X Xx 在界面处存在空穴和电子的浓度梯度，使得空穴由P区向N 区扩散，电子由N区向P区扩散，两者都在扩散过程中通过 复合而逐渐消失。这样，在结两侧附近电中性被破坏，杂质 离子显露出电性，称为空间电荷。 ·空间电荷区：存在空间电荷的区域 自建电场（或内建电场） 这种平衡是一种动态平衡。 Principle of Semiconductor Devices 2023/4/18 Tuesday 6

中国科学技术大学物理系微电子专业 6 Principle of Semiconductor Devices • 在界面处存在空穴和电子的浓度梯度，使得空穴由P区向N 区扩散，电子由N区向P区扩散，两者都在扩散过程中通过 复合而逐渐消失。这样，在结两侧附近电中性被破坏，杂质 离子显露出电性，称为空间电荷。 • 空间电荷区：存在空间电荷的区域 • 自建电场（或内建电场） 这种平衡是一种动态平衡。 2023/4/18 Tuesday

中国科学技术大学物理系微电子专业 热平衡PN结条件 N Hole E E E E Silicon E Silicon (p-type) (n-type) Principle of Semiconductor Devices 2023/4/18 Tuesday 7

中国科学技术大学物理系微电子专业 7 Principle of Semiconductor Devices 热平衡PN结条件 P N Hole Silicon Ev (p-type) Silicon (n-type) Ec Ei Ef 2023/4/18 Tuesday Ef Ec Ei EV

中国科学技术大学物理系微电子专业 热平衡条件 N Built-in Electric Filed p n qVbi Principle of Semiconductor Devices 2023/4/18 Tuesday 8

中国科学技术大学物理系微电子专业 8 Principle of Semiconductor Devices 热平衡条件 2023/4/18 Tuesday

中国科学技术大学物理系微电子专业 1.热平衡下P区与N区的费米能级相等 所谓平衡PN结，即指无外界作用且温度恒 定的PN结 费米能级在整个样品内必须为常数。 J,=Jn(物+J散)=g,P一9D dx Principle of Semiconductor Devices 2023/4/18 Tuesday 9

中国科学技术大学物理系微电子专业 9 Principle of Semiconductor Devices 1. 热平衡下P区与N区的费米能级相等 • 所谓平衡PN结，即指无外界作用且温度恒 定的PN结。 • 费米能级在整个样品内必须为常数。 dx dp J p  J p  J  q p p  qDp   p( ) (漂移) 扩散 2023/4/18 Tuesday

中国科学技术大学物理系微电子专业 2.内建电势 (接触电势差) N型中性区 no N exp no n exp -90m →V=pn+pn kT kT ni P型中性区 P,=N,exp , g0） Principle of Semiconductor Devices 2023/4/18 Tuesday 10

中国科学技术大学物理系微电子专业 10 Principle of Semiconductor Devices 2. 内建电势（接触电势差） N型中性区                    kT E E n kT E E n N Fn Fi i c Fn c exp exp 0        kT q n n Fn i  exp 0           i D Fn n N q kT  ln  Vbi   Fn   Fp            i N N q kT n A D 2 ln P型中性区                    kT E E n kT E E p N Fi Fp i Fp v v exp exp 0          i A Fp n N q kT  ln 2023/4/18 Tuesday