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p-n结及其能带图
2023/3/11
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p-n结
引言
若在同一半导体内部，一边是p型，一边是n型，则由于在p型区和n型区交界面附近形成所谓的pn结。它是许多重要半导体器件的核心。
pn结的行为不是简单等价于一块p型半导体和n型半导体串联。这种结构具有特殊的性质：单向导电性。 其单向导电性和在其界面附近形成的势垒密切联系。因此这一节的讨论从pn结的势垒开始，然后介绍电流电压特性、电容效应以及击穿特性等。
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引言
6.1 p-n结及其能带图
6.2 p-n结电流电压特性
6.3 p-n结电容
6.4 p-n结击穿
6.5 p-n结隧道效应
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p-n结及其能带图
p-n结的形成及杂质分布
p型半导体和n型半导体结合，在二者的交界面形成的接触结构，就称为p–n结。
pn结实际上是一种非均匀半导体。在§5. 6中，关于非均匀半导体的讨论同样具有启发性。在任何非均匀半导体中，热平衡时必具有统一的费米能级，即各处费米能级在同一水平上。对于pn结来说，也是成立的。
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合金法
扩散法
加热溶解
突变结
线性缓变结
扩散炉
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还有离子注入法等。
一般认为合金结和高表面浓度的浅扩散结是突变结（两边杂质均匀分布），而低表面浓度的深扩散结是线性缓变结（从p区到n区，杂质浓度逐渐变化）。
在施主区和受主区的分界线处xj，称为结深。
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空间电荷区
空间电荷区
：
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平衡p-n结能带图
考虑费米能级
当漂移和扩散达到动态平衡后，空间电荷的数量一定，空间电荷区不再继续扩展，保持一定的宽度。此时，内建电场E也一定，一般称这种情况为热平衡状态下的p–n结，简称为平衡p–n结。
（统一的）
—自建电场E
→静电势能V(x)
→Ec(x)=Ec0+(-q)V(x)
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平衡p-n结能带图
在平衡pn结中，费米能级处处相等
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平衡p-n结能带图
电子从费米能级高处(n区)向费米能级低处(p区)流动，EFn下移。
空穴从费米能级低处(p区)向费米能级高处(n区)流动, EFp上移。
平衡时达到统一费米能级 EF。
电势从n→p逐渐下降，则电势能(-q)V(x)逐渐上升，所以带边逐渐上移，直到和p区统一。
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p-n结接触电势差
沿电场方向电势降低
电势V(x)曲线，取p区电势为0，则n区为VD——接触电势差。
电势能-qV(x)曲线，对电子，p区电势能为0 > -qVD(n区)，形成电子势垒、空穴势阱。
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p-n结接触电势差
注意：
1.接触电势差与pn结两边的掺杂浓度、温度和材料的禁带宽度有关。
300K时，ND=1015cm-3，NA=1017cm-3，
Si：0.7V；Ge：0.32V
2.针对非简并半导体而言。

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