最新半导体特性PN结小结幻灯片

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1、半导体特性半导体特性PNPN结小结结小结第第 1章章 半导体特性半导体特性 1 1 半导体的晶格结构、各向异性半导体的晶格结构、各向异性掌握几种典型材料的计算2 2 半导体的导电性半导体的导电性 熟悉影响半导体导电性能的因素3 3 半导体中的电子状态和能带半导体中的电子状态和能带了解相关概念，及Eg的指导工艺4 4 半导体中的杂质与缺陷半导体中的杂质与缺陷了解两者的分类及特点掌握施、受主杂质及其能级的概念 本章重点本章重点本章重点本章重点5 5 载流子的运动载流子的运动熟悉载流子浓度公式与EF位置的关系漂移运动与扩散运动的特点掌握杂质半导体的载流子浓度计算、材料电阻率电导率的计算6 6 非平衡

2、载流子非平衡载流子了解非平衡载流子的产生和复合概念寿命及其测量方法几种复合理论的概念及特点三、半导体中的电子状态和能带三、半导体中的电子状态和能带 电子公有化的概念及特点电子公有化的概念及特点 由于晶体中原子的周期性排列而使电子不再为单个原子所有的现象，由于晶体中原子的周期性排列而使电子不再为单个原子所有的现象，称为称为电子共有化电子共有化电子共有化电子共有化。 内层电子的轨道交叠较少，共有化程度弱些，外层电子轨道交叠较内层电子的轨道交叠较少，共有化程度弱些，外层电子轨道交叠较多，共有化程度强些。多，共有化程度强些。能级的概念能级的概念 原子系统的能量呈现不连续状态，即量子化的，也就是电子的能

3、原子系统的能量呈现不连续状态，即量子化的，也就是电子的能量只能取一系列不连续的可能值，这种量只能取一系列不连续的可能值，这种量子化的能量量子化的能量称为称为能级能级能级能级。能带的概念能带的概念 晶体中每个原子都受到周围原子势场的作用，使原先每个原晶体中每个原子都受到周围原子势场的作用，使原先每个原子中具有相同能量的电子能级分裂成子中具有相同能量的电子能级分裂成N个与原来能级很接近的能级，个与原来能级很接近的能级，形成一个形成一个“准连续准连续”的的能带能带能带能带。能带中的几个基本概念：允带、禁带、空能带中的几个基本概念：允带、禁带、空带、满带、半满带带、满带、半满带三、半导体中的电子状态和

4、能带三、半导体中的电子状态和能带 允带允带允带允带 禁带禁带禁带禁带 满带满带满带满带 空带空带空带空带允许电子存在的一系列允许电子存在的一系列准连续的准连续的准连续的准连续的能量状态能量状态禁止电子存在的一系列能量状态禁止电子存在的一系列能量状态被电子填充满的一系列被电子填充满的一系列准连续准连续准连续准连续的能量状态的能量状态 满带不导电满带不导电满带不导电满带不导电没有电子填充的一系列准连续的能量状态没有电子填充的一系列准连续的能量状态 空带不导电空带不导电空带不导电空带不导电 半满带半满带半满带半满带被电子部分填充的一系列被电子部分填充的一系列准连续准连续准连续准连续的能量状态的能量状

5、态 半满带中的电子可以参与导电半满带中的电子可以参与导电半满带中的电子可以参与导电半满带中的电子可以参与导电半导体能带中的几个概念：价带、导带、半导体能带中的几个概念：价带、导带、导带底、价带顶、禁带宽度。导带底、价带顶、禁带宽度。三、半导体中的电子状态和能带三、半导体中的电子状态和能带 导带导带导带导带 价带价带价带价带 有电子能够参与导电的能带有电子能够参与导电的能带，在半导体材，在半导体材料中由料中由价电子价电子形成的形成的高能级能带高能级能带通常称为导带。通常称为导带。 由价电子形成的能带由价电子形成的能带，在半导体材料中由，在半导体材料中由价电子价电子形成的形成的低能级能带低能级能带

6、通常称为价带。通常称为价带。 导带底导带底导带底导带底E EC C 价带顶价带顶价带顶价带顶E EV V导带电子的最低能量导带电子的最低能量 价带电子的最高能量价带电子的最高能量 EcEcEvEv半导体能带中的几个概念：价带、导带、半导体能带中的几个概念：价带、导带、导带底、价带顶、禁带宽度。导带底、价带顶、禁带宽度。三、半导体中的电子状态和能带三、半导体中的电子状态和能带 禁带宽度禁带宽度禁带宽度禁带宽度/E/Eg g 导带和价带之间的能级宽度，导带和价带之间的能级宽度， Eg=Ec-Ev绝缘体：绝缘体：Eg= 36eV半导体：半导体：硅硅1.12eV、锗、锗0.67 eV、砷化镓、砷化镓1

7、.42 eV EcEcEvEv利用各种半导体材料的不同禁带宽利用各种半导体材料的不同禁带宽度可以在器件生产工艺中给予指导。度可以在器件生产工艺中给予指导。禁带宽度大禁带宽度大EgEg的材料常用来制备的材料常用来制备高温工作高温工作的器件。的器件。选择材料的禁带宽度正好与可见光的光子能量相匹选择材料的禁带宽度正好与可见光的光子能量相匹配，可制备配，可制备可见光发射器件可见光发射器件。禁带宽度小禁带宽度小EgEg的材料可用来制备的材料可用来制备红外探测器红外探测器。简述空穴的概念。简述空穴的概念。三、半导体中的电子状态和能带三、半导体中的电子状态和能带 当外界条件发生变化时，半导体当外界条件发生变

8、化时，半导体满带满带中少量中少量电子电子可被可被激发到激发到上面的上面的空带空带中去，使导带底附近中去，使导带底附近有了一些电子，同时价带中由于少了一些电子，有了一些电子，同时价带中由于少了一些电子，在在价带顶部价带顶部附近出现了一些附近出现了一些空的量子状态空的量子状态，价带，价带即成了半满带，在外电场作用下，仍留在价带中即成了半满带，在外电场作用下，仍留在价带中的电子也能起导电作用，相当于把这些空的量子的电子也能起导电作用，相当于把这些空的量子状态看作状态看作带正电荷的带正电荷的“准粒子准粒子准粒子准粒子”的导电作用，常的导电作用，常把这些满带中因失去了电子而留下的把这些满带中因失去了电子

9、而留下的空位空位称为称为空空穴穴。本征激发的概念。本征激发的概念。 由于温度，价带上的电子激发成为导带电子即由于温度，价带上的电子激发成为导带电子即“准自由准自由准自由准自由”电电子的过程子的过程 。杂质和缺陷杂质和缺陷对导电性能产生影响的对导电性能产生影响的机理机理是什么？是什么？四、四、半导体中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷 由于杂质和缺陷的存在，会使严格按周期排列的原子由于杂质和缺陷的存在，会使严格按周期排列的原子所产生的所产生的周期性势场受到破坏周期性势场受到破坏，有可能在，有可能在禁带中引入禁带中引入允许允许电子存在的能量状态（即电子存在的能量状态（即能级能级），从而对半导体的性质

10、产），从而对半导体的性质产生决定性的影响。生决定性的影响。 实际应用的半导体材料偏离理想情况的现象有哪些？实际应用的半导体材料偏离理想情况的现象有哪些？1.1. 原子原子并不是静止在具有严格周期性的晶格的格点位置上，并不是静止在具有严格周期性的晶格的格点位置上，而是在其平衡位置附近而是在其平衡位置附近震动震动。2.2.半导体材料并不是纯净的，而是含有若干半导体材料并不是纯净的，而是含有若干杂质杂质。3.3.实际的半导体实际的半导体晶格结构晶格结构并不是完整无缺的，而是存在着并不是完整无缺的，而是存在着各种形式的各种形式的缺陷缺陷。写出常见杂质的种类并举例。写出常见杂质的种类并举例。四四、半导体

11、中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷1 1、杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，、杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，间隙式杂质间隙式杂质；原子原子半径一般比较小半径一般比较小，如锂离子进入硅、锗、砷化镓后以间隙，如锂离子进入硅、锗、砷化镓后以间隙式杂质的形式存在。式杂质的形式存在。2 2、杂质原子取代晶格原子而位于晶格格点处，、杂质原子取代晶格原子而位于晶格格点处，替位式杂质替位式杂质。原子的半径与被取代的晶格原子的半径大小比较相近原子的半径与被取代的晶格原子的半径大小比较相近，且，且它们的它们的价电子壳层结构也比较相近价电子壳层结构也比较相近。如。如、族元素在族元素在族元素硅、锗晶体中都是替位式

12、杂质。族元素硅、锗晶体中都是替位式杂质。 杂质的主要来源有哪些？杂质的主要来源有哪些？1 1、制备半导体的原材料、制备半导体的原材料纯度不够高纯度不够高；2 2、半导体单晶制备过程中及器件制造过程中的、半导体单晶制备过程中及器件制造过程中的沾污沾污；3 3、为了半导体的性质而、为了半导体的性质而人为地掺入人为地掺入某种化学元素的原子。某种化学元素的原子。 四、四、半导体中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷施、受主杂质的概念及其特点？施、受主杂质的概念及其特点？ 在纯净的半导体材料中掺入在纯净的半导体材料中掺入族族族族元素杂质，形成元素杂质，形成施主施主杂质杂质或或 N N 型杂质。在型杂质。在常

13、温下，杂质都处于常温下，杂质都处于离化离化态，态，施主施主杂质向杂质向导带导带（导带或价带）提供（导带或价带）提供电子电子（空穴或电子）并形（空穴或电子）并形成成正电正电（正电或负电）中心，成为主要依靠（正电或负电）中心，成为主要依靠电子电子（空穴或（空穴或电子）导电的半导体材料。电子）导电的半导体材料。 在纯净的半导体材料中掺入在纯净的半导体材料中掺入族族族族元素杂质，形成元素杂质，形成受主受主杂质杂质或或 P P 型杂质。在型杂质。在常温下，杂质都处于常温下，杂质都处于离化离化态，态，受主受主杂质向杂质向价带价带提供提供空穴空穴并形成并形成负电中心负电中心，成为主要依靠，成为主要依靠空穴空

14、穴导电的半导体材料。导电的半导体材料。 施主能级与受主能级的位置。施主能级与受主能级的位置。四、四、半导体中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷施主能级施主能级E ED D，位于离，位于离导带底导带底很近的禁带中，比很近的禁带中，比导带底导带底导带底导带底EcEcEcEc低低低低EEEED D D D 。受主能级受主能级E EA A，位于离，位于离价带顶价带顶很近的禁带中，比很近的禁带中，比价带顶价带顶价带顶价带顶EvEvEvEv高高高高EEEEA A A A 。施主能级施主能级施主能级施主能级 受主能级受主能级受主能级受主能级EDEA从能带角度分析为什么掺入施主或受主杂从能带角度分析为什么掺入施

15、主或受主杂质后半导体的导电性能能大大加强。质后半导体的导电性能能大大加强。四、四、半导体中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷 实验测得，实验测得，族元素族元素原子（施主杂质）在原子（施主杂质）在硅硅硅硅中电离能中电离能约为约为0.040.040.040.04 0.05eV0.05eV0.05eV0.05eV，在，在锗锗锗锗中电离能约为中电离能约为0.01 eV0.01 eV0.01 eV0.01 eV，其电离能，其电离能比硅、锗的禁带宽度小得多。使得多余电子很容易挣脱原比硅、锗的禁带宽度小得多。使得多余电子很容易挣脱原子的束缚成为子的束缚成为导电电子导电电子，从而增强了半导体的导电性。，从而增强

16、了半导体的导电性。 同样，同样，族元素族元素原子（受主杂质）在硅、锗中的电离原子（受主杂质）在硅、锗中的电离能也很小，在能也很小，在硅硅硅硅中约为中约为0.0450.0450.0450.045 0.065eV0.065eV0.065eV0.065eV，在，在，在，在锗锗锗锗中约为中约为0.01 0.01 0.01 0.01 eVeVeVeV。 使得多余空穴很容易挣脱原子的束缚成为使得多余空穴很容易挣脱原子的束缚成为导电空穴导电空穴，从而增强了半导体的导电性。从而增强了半导体的导电性。什么是浅能级？什么是浅能级？四、四、半导体中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷很靠近导带底的施主能级、很靠近价带顶

17、的受主能级。很靠近导带底的施主能级、很靠近价带顶的受主能级。什么是深能级？主要由什么杂质元素引入什么是深能级？主要由什么杂质元素引入？有什么？有什么特点？特点？ 非非、族元素族元素掺入硅、锗在禁带中引入的施主能级距离掺入硅、锗在禁带中引入的施主能级距离导带底较远，受主能级距离价带顶也较远，这种能级称为导带底较远，受主能级距离价带顶也较远，这种能级称为深能深能级，级，相应的相应的非非、族元素族元素杂质称为杂质称为深能级杂质深能级杂质； 这些深能级杂质能产生这些深能级杂质能产生多次电离多次电离，每一次电离相应地有一，每一次电离相应地有一个能级。因此，这些杂质在硅、锗的禁带中往往引入个能级。因此，这

18、些杂质在硅、锗的禁带中往往引入若干个能若干个能若干个能若干个能级级级级。而且，有的杂质既能引入。而且，有的杂质既能引入施主能级施主能级施主能级施主能级，又能引入，又能引入受主能级受主能级受主能级受主能级。对于载流子的对于载流子的复合作用比浅能级杂质强复合作用比浅能级杂质强复合作用比浅能级杂质强复合作用比浅能级杂质强，故这些杂质也称为，故这些杂质也称为复复复复合中心合中心合中心合中心，它们引入的能级就称为，它们引入的能级就称为复合中心能级复合中心能级复合中心能级复合中心能级。什么是杂质的补偿作用？什么是杂质的补偿作用？四、四、半导体中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷施主和受主杂质之间有施主和受主

19、杂质之间有相互抵消相互抵消的作用。的作用。 什么是缺陷？什么是缺陷？ 当半导体中的某些区域，当半导体中的某些区域，晶格晶格中的原子中的原子周期性排列周期性排列被破坏被破坏时就形成了各种缺陷。时就形成了各种缺陷。缺陷的分类？缺陷的分类？点缺陷点缺陷：如空位，间隙原子，替位原子。：如空位，间隙原子，替位原子。线缺陷线缺陷：如位错。：如位错。面缺陷面缺陷：如层错等。：如层错等。四、四、半导体中的杂质和缺陷半导体中的杂质和缺陷点缺陷点缺陷：如空位，间隙原子；替位原子：如空位，间隙原子；替位原子（反结构缺陷反结构缺陷反结构缺陷反结构缺陷 ）； 肖特基缺陷：肖特基缺陷：肖特基缺陷：肖特基缺陷：只在晶格内形

20、成空位而无间隙原子的缺陷。只在晶格内形成空位而无间隙原子的缺陷。 弗仑克耳缺陷：弗仑克耳缺陷：弗仑克耳缺陷：弗仑克耳缺陷：间隙原子和空位成对出现的缺陷间隙原子和空位成对出现的缺陷 。 这两种缺陷均由温度引起，又称之为这两种缺陷均由温度引起，又称之为热缺陷热缺陷，它们总是，它们总是同时存同时存在在的。的。线缺陷线缺陷：如位错：如位错 晶体滑移时，已滑移部分与未滑移部分在滑移面上的分界，称为晶体滑移时，已滑移部分与未滑移部分在滑移面上的分界，称为位错，可分为位错，可分为刃型位错刃型位错和和螺型位错螺型位错。位错能级都是。位错能级都是深受主能级深受主能级。当。当位错密度较高时，由于它和杂质的补偿作用

21、，位错密度较高时，由于它和杂质的补偿作用，能使含有浅施主杂质能使含有浅施主杂质的的N N型硅、锗中的载流子浓度降低型硅、锗中的载流子浓度降低，而，而对对P P型硅、锗却没有这种影响型硅、锗却没有这种影响。面缺陷面缺陷：如层错等。：如层错等。在在-族化合物族化合物中，中，点缺陷点缺陷的形成因素：的形成因素：热振动，成分偏离正常的化学比热振动，成分偏离正常的化学比五、五、载流子的运动载流子的运动载流子的产生有哪些情况？载流子的产生有哪些情况？本征激发：本征激发：电子从价带跃迁到导带，形成导带电子和价带空穴电子从价带跃迁到导带，形成导带电子和价带空穴杂质电离：杂质电离：当电子从施主能级跃迁到导带时产

22、生导带电子；当电子从施主能级跃迁到导带时产生导带电子； 当电子从价带激发到受主能级时产生价带空穴。当电子从价带激发到受主能级时产生价带空穴。 电子从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态，并向电子从高能量的量子态跃迁到低能量的量子态，并向晶格放出一定的能量的过程。晶格放出一定的能量的过程。什么是载流子的复合？什么是载流子的复合？什么是热平衡状态？什么是热平衡状态？ 在在一定温度一定温度下，载流子产生和复合的过程建立起下，载流子产生和复合的过程建立起动态平动态平衡衡，即，即单位时间内产生的电子单位时间内产生的电子- -空穴对数等于复合掉的电子空穴对数等于复合掉的电子- -空穴对数空穴对数，称为，称为

23、热平衡状态热平衡状态。 处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为处于热平衡状态下的导电电子和空穴称为热平衡载流子热平衡载流子热平衡载流子热平衡载流子。 五、五、载流子的运动载流子的运动什么是有效质量？什么是有效质量？引入有效质量概念的引入有效质量概念的意义意义？ 把电子受到的把电子受到的内部势场作用内部势场作用等效等效等效等效为晶体中的为晶体中的电子质量电子质量，称为电子的称为电子的有效质量有效质量m*m*m*m* 。 引入有效质量的引入有效质量的意义意义在于，它概括了内部势场对电子在于，它概括了内部势场对电子的作用，而的作用，而把电子运动的加速度与外力直接联系起来把电子运动的加速度与外力直接联系

24、起来，从，从而而使分析简化使分析简化。特别是。特别是有效质量可以直接由试验测定有效质量可以直接由试验测定，因，因而可以很方便地解决电子的运动规律。而可以很方便地解决电子的运动规律。五、五、载流子的运动载流子的运动写出费米写出费米-狄拉克分布函数的表达式狄拉克分布函数的表达式什么是费米能级？什么是费米能级？能量为能量为E E的一个量子态的一个量子态被一个电子占据的几率被一个电子占据的几率 费米能级费米能级E EF F是是量子态基本上被电子占据或基本上是空的量子态基本上被电子占据或基本上是空的一个标志。一个标志。绝对零度时，费米能级绝对零度时，费米能级E EF F可看成量子态是否被电可看成量子态是

25、否被电子占据的一个界限。子占据的一个界限。 大多数情况下，它的数值在半导体能带的大多数情况下，它的数值在半导体能带的禁带范围禁带范围内，内，和和温度温度、半导体材料的导电类型半导体材料的导电类型、杂质的含量杂质的含量以及以及能量零点能量零点的选取的选取有关。只要知道了有关。只要知道了E EF F的数值，在一定温度下，电子在的数值，在一定温度下，电子在各量子态上的统计分布就完全确定了。各量子态上的统计分布就完全确定了。 五、五、载流子的运动载流子的运动分析费米分析费米-狄拉克分布函数的意义（特性）狄拉克分布函数的意义（特性）当当T=0K时，时，若若EEF，则，则f（E）=0 在绝对零度时，能量比

26、在绝对零度时，能量比E EF F小的量子态被电小的量子态被电子占据的几率是百分之百，因而这些量子态上子占据的几率是百分之百，因而这些量子态上都是有电子的；能量比都是有电子的；能量比E EF F大的量子态，被电子大的量子态，被电子占据的几率是零，因而这些量子态上都没有电占据的几率是零，因而这些量子态上都没有电子，是空的。子，是空的。 绝对零度时，费米能级绝对零度时，费米能级E EF F可看成量子态是可看成量子态是否被电子占据的一个界限。否被电子占据的一个界限。 当当T0K时，时，若若E1/2若若E= EF，则，则f（E）=1/2若若E EF，则，则f（E）pp0 0，费米能级比较靠近导带；，费米

27、能级比较靠近导带； P P型半导体型半导体 p p0 0nn0 0，费米能级比较靠近价带；，费米能级比较靠近价带； 费米能级的位置不但反映了费米能级的位置不但反映了半导体的导电类型半导体的导电类型，而且还反映了半导，而且还反映了半导体的掺杂水平。体的掺杂水平。掺杂浓度越高，费米能级离导带或价带越近。掺杂浓度越高，费米能级离导带或价带越近。五、五、载流子的运动载流子的运动本征半导体载流子浓度公式及其影响因素本征半导体载流子浓度公式及其影响因素式（式（式（式（1-111-11） 一定的半导体材料，其本征载流子浓度一定的半导体材料，其本征载流子浓度n ni i随随温度上升温度上升而迅速增加而迅速增加

28、；不同的半导体材料在同一温度下，；不同的半导体材料在同一温度下，禁带宽度禁带宽度越大越大，本征载流子浓度，本征载流子浓度n ni i就越小就越小。公式公式n0p0=ni2 的适用范围的适用范围 在一定温度下，任何非简并半导体的在一定温度下，任何非简并半导体的热平衡载流子浓度热平衡载流子浓度的乘积的乘积n n0 0p p0 0等于该温度下的本征半导体载流子浓度等于该温度下的本征半导体载流子浓度n ni i的平方，的平方，与所含杂质无关与所含杂质无关。 该式不仅适用于该式不仅适用于本征半导体本征半导体，而且也适用于非简并的，而且也适用于非简并的杂杂质半导体材料质半导体材料。 五、五、载流子的运动载

29、流子的运动杂质半导体载流子浓度公式及杂质半导体载流子浓度公式及计算计算表表1-1 300K下锗、硅、砷化镓的本征载流子浓度下锗、硅、砷化镓的本征载流子浓度N N型半导体型半导体 P P型半导体型半导体 (N(ND D为施主杂质浓度为施主杂质浓度) ) (N(NA A为受主杂质浓度为受主杂质浓度) ) 多子浓度多子浓度少子浓度少子浓度多子浓度多子浓度少子浓度少子浓度同时掺入同时掺入P P型杂质和型杂质和N N型杂质时型杂质时五、五、载流子的运动载流子的运动载流子的载流子的漂移运动漂移运动和和扩散运动扩散运动是由什么引起的？是由什么引起的？漂移运动漂移运动是半导体中的载流子在是半导体中的载流子在电

30、场作用电场作用下的运动。下的运动。扩散运动扩散运动是由是由粒子浓度不均匀粒子浓度不均匀所引起的运动。所引起的运动。欧姆定律的微分形式？欧姆定律的微分形式？半导体的电导率及其半导体的电导率及其计算计算？电导率电导率 N N型型 P P型型 本征半导体本征半导体n n0 0=p=p0 0=n=ni i 杂质半导体：杂质半导体：五、五、载流子的运动载流子的运动半导体的总电流？半导体的总电流？扩散电流扩散电流和和漂移电流叠加漂移电流叠加在一起构成半导体的在一起构成半导体的总电流总电流。电子电流密度电子电流密度电子电流密度电子电流密度空穴电流密度空穴电流密度空穴电流密度空穴电流密度迁移率迁移率：反映载流

31、子在电场作用下运动难易程度；：反映载流子在电场作用下运动难易程度；扩散系数扩散系数D D：反映存在浓度梯度时载流子运动的难易程度。：反映存在浓度梯度时载流子运动的难易程度。 爱因斯坦关系式？爱因斯坦关系式？反映了载流子迁移率和扩反映了载流子迁移率和扩散系数之间的关系。散系数之间的关系。六、非平衡六、非平衡载流子载流子产生非平衡载流子的方法？产生非平衡载流子的方法？非平衡载流子都是指多子还是少子？非平衡载流子都是指多子还是少子？电注入电注入，光注入光注入非平衡载流子都是指非平衡非平衡载流子都是指非平衡少数少数载流子载流子非平衡载流子的产生和复合过程。非平衡载流子的产生和复合过程。 如果对半导体如

32、果对半导体施加外加作用施加外加作用，破坏了热平衡状态的条件，这就迫使它，破坏了热平衡状态的条件，这就迫使它处于与热平衡状态相偏离的状态，称为处于与热平衡状态相偏离的状态，称为非平衡状态非平衡状态。处于非平衡状态的半。处于非平衡状态的半导体，其载流子浓度将不再是导体，其载流子浓度将不再是n n0 0和和p p0 0，可以比它们多出一部分。比平衡状，可以比它们多出一部分。比平衡状态多出来的这部分载流子称为态多出来的这部分载流子称为非平衡载流子非平衡载流子，有时也称，有时也称过剩载流子过剩载流子。 产生非平衡载流子的产生非平衡载流子的外部作用撤除外部作用撤除后，由于半导体的内部作用，使它后，由于半导

33、体的内部作用，使它由非平衡状态恢复到平衡状态，由非平衡状态恢复到平衡状态，过剩载流子逐渐消失过剩载流子逐渐消失，这一过程称为，这一过程称为非平非平衡载流子的复合衡载流子的复合。六、非平衡六、非平衡载流子载流子什么是非平衡载流子的寿命？什么是非平衡载流子的寿命？ 非平衡载流子的平均生存时间非平衡载流子的平均生存时间称为称为非平衡载流子的寿命非平衡载流子的寿命，用用表示。非平衡载流子的寿命通常指表示。非平衡载流子的寿命通常指少数少数载流子的寿命。载流子的寿命。 当当t=t=，则，则p(t)=(p)0/e p(t)=(p)0/e 寿命标志着寿命标志着非平衡载流子浓非平衡载流子浓度减小到原来数值的度减

34、小到原来数值的1/e1/e所经历的时间。所经历的时间。锗比硅容易获得较锗比硅容易获得较高高（高或低）的寿命（高或低）的寿命很大程度上反映了很大程度上反映了晶格晶格的完整性，的完整性，是衡量是衡量材料材料质量质量的一个重要标志的一个重要标志 ，故常被称作，故常被称作“结构灵敏结构灵敏”的参数。的参数。六、非平衡六、非平衡载流子载流子非平衡载流子寿命的检测方法？非平衡载流子寿命的检测方法？直流光电导衰减法；直流光电导衰减法；高频光电导衰减法；高频光电导衰减法；光磁电法；光磁电法；扩散长度法；扩散长度法；双脉冲法；双脉冲法；漂移法。漂移法。 影响非平衡载流子寿命的因素？影响非平衡载流子寿命的因素？材

35、料的种类材料的种类杂质的含量（特别是深能级杂质）杂质的含量（特别是深能级杂质）缺陷的密度缺陷的密度表面状态表面状态外部条件（外界气氛）外部条件（外界气氛）什么是直接复合什么是直接复合？什么是间接复合？什么是间接复合？六、非平衡六、非平衡载流子载流子直接复合，即电子在价带和导带之间的直接复合，即电子在价带和导带之间的直接跃迁直接跃迁，引起，引起电子和空穴的直接复合；电子和空穴的直接复合；间接复合，即间接复合，即非平衡载流子通过非平衡载流子通过复合中心复合中心的复合。的复合。 根据复合发生的位置，又可以将它分为根据复合发生的位置，又可以将它分为体内体内复合复合和和表面表面复合，表面复合属于复合，表

36、面复合属于间接间接复合。复合。就能量传递的方式来讲，就能量传递的方式来讲，俄歇复合俄歇复合是能量以是能量以声子声子方式传递。方式传递。六、非平衡六、非平衡载流子载流子在小禁带的半导体中，在小禁带的半导体中，直接直接复合占优势。复合占优势。一般来说，一般来说，禁带宽度禁带宽度越小越小越小越小，直接复合直接复合的几率的几率越大越大越大越大。寿命与寿命与多数载流子浓度成多数载流子浓度成反比反比反比反比，或者说，半导体电导率越高，寿，或者说，半导体电导率越高，寿命就命就越短越短越短越短。硅和锗的寿命主要是由硅和锗的寿命主要是由间接间接间接间接复合决定的。复合决定的。能促进复合过程的能促进复合过程的杂质

37、杂质杂质杂质和和缺陷缺陷缺陷缺陷称为复合中心。非平衡载称为复合中心。非平衡载流子寿命与复合中心浓度成流子寿命与复合中心浓度成反比反比反比反比。第第 2章章 P-N结结 1 PN1 PN结及其能带图结及其能带图 了解了解PNPN结的形成及其制作方法，杂质分布，熟悉结的形成及其制作方法，杂质分布，熟悉PNPN结的能带图特点结的能带图特点。2 2 平衡平衡PNPN结结 了解平衡了解平衡PNPN结的形成过程，空间电荷区、势垒区、耗尽层的概念，接触结的形成过程，空间电荷区、势垒区、耗尽层的概念，接触电势差，熟悉平衡电势差，熟悉平衡PNPN结的特点，载流子浓度与势垒宽度的关系。结的特点，载流子浓度与势垒宽

38、度的关系。3 PN3 PN结的直流特性结的直流特性 掌握非平衡掌握非平衡PNPN结外加正结外加正/ /反向电压时的特点，反向电压时的特点， 掌握掌握PNPN结的伏安特性（单结的伏安特性（单相导电性）；了解理想相导电性）；了解理想PNPN结的条件，表面对漏电流的影响，影响结的条件，表面对漏电流的影响，影响PNPN结伏安结伏安特性偏离理想方程的各种因素。特性偏离理想方程的各种因素。4 PN4 PN结电容结电容 了解分类及特点，掌握施、受主杂质及其能级的概念。了解分类及特点，掌握施、受主杂质及其能级的概念。5 PN5 PN结击穿结击穿 了解分类及产生的机理，影响雪崩击穿的因素；了解分类及产生的机理，

39、影响雪崩击穿的因素； 熟悉雪崩击穿和隧道击穿的区别。熟悉雪崩击穿和隧道击穿的区别。 本章重点本章重点本章重点本章重点一、一、PNPN结及其能带图结及其能带图PNPN结的形成。结的形成。 在一块在一块N N型型( (或或P P型型) )半导体单晶上，用适当的工艺把半导体单晶上，用适当的工艺把P P型（或型（或N N 型）杂质掺入其中，使这块半导体单晶的不同区域分别具有型）杂质掺入其中，使这块半导体单晶的不同区域分别具有N N型和型和P P型的导电类型，在两者的交界面处就形成了型的导电类型，在两者的交界面处就形成了P-NP-N结。结。按制作按制作PNPN结的半导体单晶材料不同可分类为：结的半导体单

40、晶材料不同可分类为：用用同一种半导体材料同一种半导体材料制成的制成的PNPN结叫结叫同质结同质结。由禁带宽度不同的由禁带宽度不同的两种半导体材料两种半导体材料制成的制成的PNPN结叫结叫异质结异质结。 按按PNPN结中杂质分布的情况不同可分类为：结中杂质分布的情况不同可分类为：突变结突变结: :在交界面处，杂质浓度从在交界面处，杂质浓度从N NA A（P P区）区）突变突变突变突变为为N ND D（N N区）。区）。缓变结缓变结: :杂质浓度从杂质浓度从P P区到区到N N区是区是逐渐变化逐渐变化逐渐变化逐渐变化的。的。一、一、PNPN结及其能带图结及其能带图合金法合金法、扩散法扩散法、离子注

41、入法离子注入法和和外延生长法外延生长法等。等。制造异质结通常采用制造异质结通常采用外延生长法外延生长法。 PNPN结的制作方法。结的制作方法。合金结和高表面浓度的浅扩散结一般可认为是合金结和高表面浓度的浅扩散结一般可认为是突变结突变结突变结突变结，而，而低表面浓度的深扩散结一般可认为是低表面浓度的深扩散结一般可认为是线性缓变结线性缓变结线性缓变结线性缓变结。 内建电场的方向是从内建电场的方向是从N N N N区区区区指向指向P P P P区区区区。 PNPN结的能带图特点。结的能带图特点。 当两块半导体结合形成当两块半导体结合形成P-N结时，结时，EFn不断下移，而不断下移，而EFp不断上移，

42、直至不断上移，直至EFn=EFp。 P-NP-N结中有结中有统一的费米能统一的费米能级级E EF F，P-NP-N结处于平衡状态。结处于平衡状态。P P区的电势能比区的电势能比N N区的电势能区的电势能高高qVqVD D（高或低多少）（高或低多少）一、一、PNPN结及其能带图结及其能带图 对于对于P P区区空穴离开后，留下了空穴离开后，留下了不可移动的带负电荷的不可移动的带负电荷的电离受主电离受主，这些，这些电离受主没有正电荷与之保持电中性，因此，电离受主没有正电荷与之保持电中性，因此，在在P-NP-N结附近结附近P P区一侧出现了区一侧出现了一个负电荷区一个负电荷区； 同理，在同理，在P-N

43、P-N结附近结附近N N区一侧出现了由区一侧出现了由电离施主电离施主构成的一构成的一个正电荷区个正电荷区，通常把在，通常把在P-NP-N结附近的这些电离施主和电离受主所带电荷称结附近的这些电离施主和电离受主所带电荷称为空间电荷，它们所存在的区域称为为空间电荷，它们所存在的区域称为空间电荷区空间电荷区。 空间电荷区的概念。空间电荷区的概念。耗尽层的概念。耗尽层的概念。 室温附近，室温附近，空间电荷区的载流子浓度比起空间电荷区的载流子浓度比起N N区和区和P P区的多数载流子浓区的多数载流子浓度小得多度小得多，好像已经耗尽了，所以通常也称空间区为耗尽层。，好像已经耗尽了，所以通常也称空间区为耗尽层

44、。 在在P-NP-N结的空间电荷区中能带发生弯曲，电子从势能低的结的空间电荷区中能带发生弯曲，电子从势能低的N N区向势能高区向势能高的的P P区运动时，必须克服这一势能区运动时，必须克服这一势能“高坡高坡”，才能达到，才能达到P P区；同理，空穴也区；同理，空穴也必须克服这一势能必须克服这一势能“高坡高坡”，才能从，才能从P P区到达区到达N N区。这一势能区。这一势能“高坡高坡”通常通常称为称为P-NP-N结的势垒，故空间电荷区也叫结的势垒，故空间电荷区也叫势垒区势垒区势垒区势垒区。 势垒区的概念。势垒区的概念。二、平衡二、平衡PNPN结结平衡平衡PNPN结的特点。结的特点。u 一定宽度和

45、势垒高度的势垒区；一定宽度和势垒高度的势垒区；u 内建电场恒定；内建电场恒定；u 净电流为零；净电流为零；u 费米能级处处相等。费米能级处处相等。什么是接触电势差什么是接触电势差? ? P P区导带和价带的能量比区导带和价带的能量比N N区的高区的高qVqVD D。 接触电势差接触电势差V VD D就是就是P P型和型和N N型型半导体中原先费米能级之差。半导体中原先费米能级之差。 势垒区中能带变化趋势与电势势垒区中能带变化趋势与电势变化趋势变化趋势相反相反。二、平衡二、平衡PNPN结结势垒区内正负空间电荷区的宽度和该区的势垒区内正负空间电荷区的宽度和该区的杂质浓度成杂质浓度成反比反比。势垒区

46、主要向杂质浓度。势垒区主要向杂质浓度低低的一边扩散。的一边扩散。在平衡突变结势垒区中，电场的方向在平衡突变结势垒区中，电场的方向从从N区区指向指向P区区。在交界面处，电场强。在交界面处，电场强度达到度达到最大值最大值。三、三、PNPN结的直流特性结的直流特性什么是什么是非平衡非平衡P-N结？结？理想理想PN结的条件结的条件当当P-NP-N结结两端有外加电压两端有外加电压时时 ，P-NP-N结处于非平衡状态。结处于非平衡状态。（1 1）小注入条件：小注入条件：注入的少数载流子浓度比平衡多数载注入的少数载流子浓度比平衡多数载流子浓度小得多；流子浓度小得多；（2 2）突变耗尽层条件：突变耗尽层条件：

47、即外加电压和接触电势差都降落即外加电压和接触电势差都降落在耗尽层上，注入的少数载流子在在耗尽层上，注入的少数载流子在P P区和区和N N区是纯扩散运区是纯扩散运动；动；（3 3）通过耗尽层的电子和空穴）通过耗尽层的电子和空穴电流为常量电流为常量，不考虑耗尽，不考虑耗尽层中载流子的产生及复合作用。层中载流子的产生及复合作用。三、三、PNPN结的直流特性结的直流特性 PN PN结外加正向电压在势垒区产生的电场与内建电场方向结外加正向电压在势垒区产生的电场与内建电场方向相反相反相反相反（相反（相反/ /一致），导致势垒区总的电场强度一致），导致势垒区总的电场强度减弱减弱减弱减弱（增强（增强/ /减弱

48、），这说明空间电荷数量减弱），这说明空间电荷数量减少减少减少减少（增多（增多/ /减少），也就意减少），也就意味着势垒区宽度味着势垒区宽度减小减小减小减小（增大（增大/ /减小），势垒高度减小），势垒高度减小减小减小减小（增大（增大/ /减小）。此时，电场强度的变化导致载流子的漂移运动减小）。此时，电场强度的变化导致载流子的漂移运动小于小于小于小于（大于（大于/ /小于）扩散运动，形成小于）扩散运动，形成净扩散净扩散净扩散净扩散（净扩散（净扩散/ /净漂移）电净漂移）电流，以致势垒区边界非平衡流，以致势垒区边界非平衡少子少子少子少子（少子或多子）浓度（少子或多子）浓度大于大于大于大于（大于（大

49、于/ /小于）该区内部，小于）该区内部，扩散扩散扩散扩散（扩散漂移）电流方向从（扩散漂移）电流方向从势垒边界向体内势垒边界向体内势垒边界向体内势垒边界向体内（势垒边界向体内或体内向势垒边界）。（势垒边界向体内或体内向势垒边界）。 如在区形成如在区形成从从从从N N N N区势垒边界向区势垒边界向区势垒边界向区势垒边界向N N N N区内部区内部区内部区内部的的空穴空穴空穴空穴的的扩散扩散扩散扩散电电流，在区形成流，在区形成从区势垒边界向区内部从区势垒边界向区内部从区势垒边界向区内部从区势垒边界向区内部的的电子电子电子电子的的扩散扩散扩散扩散电电流。流。P-N结外加结外加正向正向直流电压的特点？

50、直流电压的特点？三、三、PNPN结的直流特性结的直流特性P-N结外加结外加反向反向直流电压的特点？直流电压的特点？ PN PN结外加反向电压在势垒区产生的电场与内建电场方向结外加反向电压在势垒区产生的电场与内建电场方向一致一致一致一致（相反（相反/ /一致），导致势垒区总的电场强度一致），导致势垒区总的电场强度增强增强增强增强（增强（增强/ /减减弱），这说明空间电荷数量弱），这说明空间电荷数量增多增多增多增多（增多（增多/ /减少），也就意味着减少），也就意味着势垒区宽度势垒区宽度增大增大增大增大（增大（增大/ /减小），势垒高度减小），势垒高度增大增大增大增大（增大（增大/ /减小）。减小

51、）。此时，电场强度的变化导致此时，电场强度的变化导致势垒区内势垒区内势垒区内势垒区内的载流子漂移运动的载流子漂移运动大于大于大于大于（大于（大于/ /小于）扩散运动，形成小于）扩散运动，形成净漂移净漂移净漂移净漂移（净扩散（净扩散/ /净漂移）电流，净漂移）电流，以致势垒区边界非平衡以致势垒区边界非平衡少子少子少子少子（少子或多子）浓度（少子或多子）浓度小于小于小于小于（大于（大于/ /小于）该区内部，从而形成小于）该区内部，从而形成体内向势垒边界体内向势垒边界体内向势垒边界体内向势垒边界（势垒边界向体内（势垒边界向体内或体内向势垒边界）的反向或体内向势垒边界）的反向扩散扩散扩散扩散（扩散漂移

52、）电流。（扩散漂移）电流。实际的反向电流包括实际的反向电流包括 体内扩散电流体内扩散电流体内扩散电流体内扩散电流 、 势垒产生电流势垒产生电流势垒产生电流势垒产生电流 和和表面漏电流表面漏电流表面漏电流表面漏电流三种成分三种成分.三、三、PNPN结的直流特性结的直流特性锗的反向电流中锗的反向电流中扩散电流扩散电流扩散电流扩散电流起主要作用。起主要作用。硅的反向电流中硅的反向电流中势垒产生电流势垒产生电流势垒产生电流势垒产生电流占主要地位。由于势垒区宽占主要地位。由于势垒区宽度度X Xm m随反向偏压的增加而随反向偏压的增加而变宽变宽变宽变宽，所以势垒区产生电流不是，所以势垒区产生电流不是饱和的

53、，随反向偏压增加而缓慢地饱和的，随反向偏压增加而缓慢地增加增加增加增加。 表面对反向漏电流的影响主要表现在哪些方面？表面对反向漏电流的影响主要表现在哪些方面？u表面漏电流表面漏电流：表面沾污表面沾污严重，则引出的表面漏电流大，会成为反向漏电严重，则引出的表面漏电流大，会成为反向漏电流的主要成分流的主要成分。uP-NP-N结沟道漏电流结沟道漏电流：二氧化硅层质量二氧化硅层质量不好，会使半导体表面出现反型，形不好，会使半导体表面出现反型，形成反型沟道。成反型沟道。 u表面复合电流表面复合电流：部分少数载流子可通过：部分少数载流子可通过表面复合中心表面复合中心能级复合掉，从而能级复合掉，从而导致反向

54、电流的增加。导致反向电流的增加。 影响影响PNPN结伏安特性偏离理想方程因素有哪些？结伏安特性偏离理想方程因素有哪些？（1 1）表面效应；）表面效应； （2 2）势垒区中的产生和复合；）势垒区中的产生和复合；（3 3）大注入条件；）大注入条件； （4 4）串联电阻效应。）串联电阻效应。四、四、PNPN结电容结电容PNPN结在结在低频低频低频低频（低频或高频）（低频或高频）（低频或高频）（低频或高频）电压下，具有很好的单向导电电压下，具有很好的单向导电性（整流作用），但是在性（整流作用），但是在高频高频高频高频（低频或高频）电压（低频或高频）电压时，其时，其整流特性变坏，甚至基本上没有整流效应。

55、这是因为整流特性变坏，甚至基本上没有整流效应。这是因为PNPN结结具有具有电容电容电容电容特性。特性。 P-NP-N结电容包括结电容包括势垒势垒势垒势垒电容和电容和扩散扩散扩散扩散电容两部分电容两部分, ,都随外加电压都随外加电压而变化，表明它们是而变化，表明它们是可变可变可变可变电容。电容。在大的正向偏压时，在大的正向偏压时，扩散扩散扩散扩散电容起主要作用，在反向偏压时，电容起主要作用，在反向偏压时，势垒势垒势垒势垒电容起主要作用。电容起主要作用。P-NP-N结上外加电压的变化，引起了电子和空穴在结上外加电压的变化，引起了电子和空穴在势垒区的势垒区的“存入存入存入存入”和和“取出取出取出取出

56、”作用，导致势垒区作用，导致势垒区的空间电荷数量随外加电压而变化，这和一个电的空间电荷数量随外加电压而变化，这和一个电容器的充放电作用相似。容器的充放电作用相似。势垒电容：势垒电容：由于扩散区积累的电荷数量随外加电压的变化所由于扩散区积累的电荷数量随外加电压的变化所产生的电容效应。扩散电容产生的电容效应。扩散电容随频率的增加而减小随频率的增加而减小。 扩散电容：扩散电容：四、四、PNPN结电容结电容P-NP-N结电容的大小和什么因素有关？结电容的大小和什么因素有关？uPNPN结的结面积：结面积越大，结电容结的结面积：结面积越大，结电容越大越大越大越大。u势垒宽度：势垒宽度越大，结电容势垒宽度：

57、势垒宽度越大，结电容越小越小越小越小。u掺杂浓度：掺杂浓度越高，势垒宽度掺杂浓度：掺杂浓度越高，势垒宽度越小越小越小越小，结电容，结电容越大越大越大越大。u外加电压：外加电压：反向偏压越大，则反向偏压越大，则势垒势垒势垒势垒电容电容越小越小越小越小；正向偏压越；正向偏压越大，大，扩散扩散扩散扩散电容电容越大越大越大越大。势垒电容的势垒电容的2个应用。个应用。u可以制成可以制成变容器件变容器件变容器件变容器件。u用来测量结附近的用来测量结附近的杂质浓度杂质浓度杂质浓度杂质浓度和和杂质浓度梯度杂质浓度梯度杂质浓度梯度杂质浓度梯度等。等。正向偏压增大，载流子从正向偏压增大，载流子从扩散扩散扩散扩散（

58、扩散或势垒）区取出存入（扩散或势垒）区取出存入势垒势垒势垒势垒区，中和了区，中和了势垒势垒势垒势垒区中一部分电离施主和电离受主，使区中一部分电离施主和电离受主，使势垒区电场势垒区电场减小减小减小减小（增大或减小），势垒区宽度（增大或减小），势垒区宽度减小减小减小减小（增大（增大减小），势垒电容减小），势垒电容增大增大增大增大（增大或减小）。（增大或减小）。正向偏压减小，势垒区电场正向偏压减小，势垒区电场增大增大增大增大，载流子从，载流子从势垒势垒势垒势垒区取出存区取出存入入扩散扩散扩散扩散区，使势垒区宽度区，使势垒区宽度增大增大增大增大，势垒电容，势垒电容减小减小减小减小。反向偏压的绝对值增大

59、，势垒区电场反向偏压的绝对值增大，势垒区电场增大增大增大增大，载流子从，载流子从势垒势垒势垒势垒区取出存入区取出存入扩散扩散扩散扩散区，使势垒区宽度区，使势垒区宽度增大增大增大增大，势垒电容，势垒电容减小减小减小减小。反向偏压的绝对值减小，载流子从反向偏压的绝对值减小，载流子从扩散扩散扩散扩散区取出存入区取出存入势垒势垒势垒势垒区，区，中和了中和了势垒势垒势垒势垒区中一部分电离施主和电离受主，使势垒区电区中一部分电离施主和电离受主，使势垒区电场场减小减小减小减小，势垒区宽度，势垒区宽度减小减小减小减小，势垒电容，势垒电容增大增大增大增大。四、四、PNPN结电容结电容按击穿过程是否逆，分为按击穿

60、过程是否逆，分为电击穿电击穿电击穿电击穿和和热击穿热击穿热击穿热击穿，其中，其中热击穿热击穿热击穿热击穿是不是不可逆的，可逆的，电击穿电击穿电击穿电击穿是可逆的，后者按其产生的原因不同还可分是可逆的，后者按其产生的原因不同还可分为为雪崩雪崩雪崩雪崩击穿和击穿和隧道隧道隧道隧道击穿（又称击穿（又称齐纳齐纳齐纳齐纳击穿）。击穿）。实验发现，对实验发现，对P-NP-N结施加的反向偏压增大到某一数值结施加的反向偏压增大到某一数值V VBRBR时，反时，反向电流密度突然开始增大，此现象称为向电流密度突然开始增大，此现象称为P-NP-NP-NP-N结击穿结击穿结击穿结击穿。五、五、PNPN结击穿结击穿 当

61、反向偏压很大时，势垒区内的载流子由于受到强电当反向偏压很大时，势垒区内的载流子由于受到强电场的漂移作用，具有场的漂移作用，具有很大的能量很大的能量，它们与势垒区内的晶格，它们与势垒区内的晶格原子发生碰撞时，能把价键上的电子原子发生碰撞时，能把价键上的电子碰撞碰撞碰撞碰撞出来，这个电子出来，这个电子还会继续发生碰撞，产生第二代、第三代的载流子，使短还会继续发生碰撞，产生第二代、第三代的载流子，使短时间内载流子大量增加，由于这种时间内载流子大量增加，由于这种载流子的倍增效应载流子的倍增效应载流子的倍增效应载流子的倍增效应，迅，迅速增大了反向电流，从而发生速增大了反向电流，从而发生P-NP-N结击穿

62、。结击穿。 雪崩击穿的机理雪崩击穿的机理五、五、PNPN结击穿结击穿 隧道击穿（齐纳击穿）的机理隧道击穿（齐纳击穿）的机理 隧道击穿是在强电场作用下，由隧道击穿是在强电场作用下，由隧道效应隧道效应隧道效应隧道效应，使大量电子，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机理。从价带穿过禁带而进入到导带所引起的一种击穿机理。 对于一定的半导体材料，势垒区中的对于一定的半导体材料，势垒区中的电场越大电场越大电场越大电场越大，或，或隧道隧道隧道隧道长度越短长度越短长度越短长度越短，则电子穿过隧道的，则电子穿过隧道的几率越大几率越大几率越大几率越大。 当当P-NP-N结反向电压逐渐增大时，对应

63、于一定的反向电流所结反向电压逐渐增大时，对应于一定的反向电流所损耗的功率也增大，这将产生大量热能，引起结温上升。随着损耗的功率也增大，这将产生大量热能，引起结温上升。随着结温的上升，反向饱和电流密度也迅速上升，产生的热能迅速结温的上升，反向饱和电流密度也迅速上升，产生的热能迅速增大，进而又导致结温上升，反向饱和电流密度增大。增大，进而又导致结温上升，反向饱和电流密度增大。 如此反复循环下去，最后使如此反复循环下去，最后使J Js s无限增长而发生击穿。这种无限增长而发生击穿。这种由于由于热不稳定性热不稳定性热不稳定性热不稳定性引起的击穿，称为电击穿。引起的击穿，称为电击穿。 热击穿的机理热击穿

64、的机理一般杂质浓度下，一般杂质浓度下，雪崩雪崩雪崩雪崩击穿机构是主要的。在重掺杂的情击穿机构是主要的。在重掺杂的情况下，由于势垒区宽度况下，由于势垒区宽度减小减小减小减小，隧道隧道隧道隧道击穿变为主要的。击穿变为主要的。 隧道隧道隧道隧道击穿主要取决于势垒区中的最大击穿主要取决于势垒区中的最大电场电场电场电场；雪崩雪崩雪崩雪崩击穿除了击穿除了与与电场电场电场电场有关外有关外, ,还与还与势垒宽度势垒宽度势垒宽度势垒宽度有关。有关。用光照等其他办法，同用光照等其他办法，同雪崩雪崩雪崩雪崩击穿一样会有击穿一样会有载流子倍增载流子倍增载流子倍增载流子倍增效应，效应，使使反向电流增大，从而发生反向电流

65、增大，从而发生P-NP-N结击穿结击穿；但上述外界作用对；但上述外界作用对隧道隧道隧道隧道击穿则不会有明显的影响。击穿则不会有明显的影响。隧道击穿电压随着温度的增加而隧道击穿电压随着温度的增加而降低降低降低降低，温度系数为，温度系数为负负负负数；数；而雪崩击穿电压随着温度的增加而而雪崩击穿电压随着温度的增加而增加增加增加增加，温度系数为，温度系数为正正正正数。数。隧道击穿的反向电压比雪崩击穿的反向电压隧道击穿的反向电压比雪崩击穿的反向电压低低低低。雪崩击穿和隧道击穿的主要区别雪崩击穿和隧道击穿的主要区别五、五、PNPN结击穿结击穿五、五、PNPN结击穿结击穿影响雪崩击穿电压的因素有哪些？影响雪

66、崩击穿电压的因素有哪些？u原材料杂质浓度原材料杂质浓度N ND D 、扩散杂质的表面浓度、扩散杂质的表面浓度N NS S、扩散结结深、扩散结结深x xj j；u半导体层厚度；半导体层厚度；u结深。结深。提高雪崩击穿电压的方法有哪些？提高雪崩击穿电压的方法有哪些？uu升高升高升高升高（升高或降低）环境温度；（升高或降低）环境温度；uu增加增加增加增加（增加或减小）扩散结结深；（增加或减小）扩散结结深；u选用禁带宽度选用禁带宽度大大大大的半导体材料；的半导体材料；uu降低降低降低降低表面杂质浓度梯度，或表面杂质浓度梯度，或减小减小减小减小掺杂浓度，使势垒宽度掺杂浓度，使势垒宽度增大增大增大增大，提高雪崩击穿电压。提高雪崩击穿电压。 结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！53