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隧道击穿（齐纳击穿）
2023/3/10
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隧道击穿（齐纳击穿）
隧道击穿是在强电场作用下，由隧道效应，使大量电子从价带穿过禁带而进入到导带所引起的一种击穿现象。因为最初是由齐纳提出来解释电介质击穿现象的，故叫齐纳击穿。
反偏→势垒区能带倾斜
反偏↑→能带倾斜↑→甚至使n区的导带底比p区的价带顶还低
→△x很窄
量子力学证明，p区价带中的电子可以通过隧道效应穿过禁带而到达n区导带中
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隧道击穿（齐纳击穿）
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隧道击穿（齐纳击穿）
注意：
在一般杂质浓度下，雪崩击穿机构是主要的
在重掺杂半导体中，隧道击穿是主要的
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热电击穿
反偏时，流过pn结的反向电流产生热损耗。
反偏↑→热损耗↑→引起结温上升。
→反向饱和电流密度随温度按指数规律↑→产生的热能也迅速↑→进而又导致结温↑↑→反向饱和电流密度↑↑。
如此反复循环下去，最后使J无限增大而发生击穿。
这种由于热不稳定性引起的击穿，称为热电击穿。对于禁带宽度比较小的半导体如锗pn结，由于反向饱和电流密度较大，在室温下这种击穿很重要。
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简并pn结的能带图
在简并的重掺杂半导体中，n型半导体的费米能级进入了导带，p型半导体的费米能级进入了价带。
两者形成隧道结后，在没有外加电压，处于热平衡状态时，n区和p区的费米能级相等。
在重掺杂pn结中，势垒十分薄。
例：若两边掺杂浓度~5 1019/cm3，势垒宽度只有约几十A 。
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隧道二极管（Esaki二极管）工作原理
V=0
V<0
V>0,VV>0,V>VP
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例题
例2. Si p-n结：NA=9×1015/cm3，ND=2×1016/cm3，在p区 p1=350cm2/(V·s)， n1=500cm2/(V·s)，在n区 p2=300cm2/(V·s)， n2=900cm2/(V·s)，设两区内少子寿命均为1us，截面积为10-2cm2，q/kT=38.7(1/V)，当外加正向电压V=0.65V时，求:
(1)300K时流过p-n结的电流I表达式。
(2)若以p区指向n区为x轴正向，列出n区内空穴和电子的浓度分布的表达式。
(3)确定n区内空穴扩散电流、电子扩散电流、电子漂移电流和总的电子电流随x变化的表达式。
解：半导体中掺入受主杂质后，受主电离后将成为带负电的离子，并同时向价带提供空穴，这种杂质就叫受主。
受主电离成为带负电的离子（中心）的过程就叫受主电离。
受主电离前带不带电，电离后带负电。
例如，在Si中掺B，B为Ⅲ族元素，而本征半导体Si为Ⅳ族元素，P掺入B中后，B的最外层三个电子与Si的最外层四个电子配对成为共价电子，而B倾向于接受一个由价带热激发的电子。这个过程就是受主电离。
解：在纯净的半导体中掺入杂质后，可以控制半导体的导电特性。掺杂半导体又分为n型半导体和p型半导体。
例如，在常温情况下，本征Si中的电子浓度和空穴浓度均为1.5x1010cm-3。当在Si中掺入1.0x1016cm-3 的P后，半导体中的电子浓度将变为1.0x1016cm-3，而空穴浓度将近似为2.25x104cm-3。半导体中的多数载流子是电子，而少数载流子是空穴。
5、解：两性杂质是指在半导体中既可作施主又可作受主的杂质。如Ⅲ-Ⅴ族GaAs中掺Ⅳ族Si如果Si替位Ⅲ族As，则Si为施主；如果Si替位Ⅴ族Ga，则Si为受主。所掺入的杂质具体是起施主还是受主与工艺有关。
6、解：深能级杂质在半导体中起复合中心或陷阱的作用。
浅能级杂质在半导体中起施主或受主的作用。
7、当半导体中既有施主又有受主时，施主和受主将先互相抵消，剩余的杂质最后电离，这就是杂质补偿。
利用杂质补偿效应，可以根据需要改变半导体中某个区域的导电类型，制造各种器件。

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