第四章pn结
PN结——电容特性优秀课件
的电子电流一定；半导体流向金
－
属的电子电流因电位增加而降低，
故有半导体→金属反向电流（恒
定）。
金属半导体接触I-U特性类似于pn结的伏安特性
I
正向特性
VD
反向特性
肖特基二极管
利用金属—半导体整流接触特性制成的二极管称 为肖特基二极管。
肖特基二极管与pn二极管的比较
相同：单向导电性 不同：
1 反向电流产生机制不同： ➢肖特基二极管为多数载流子工作 ➢pn接面二极管为少数载流子工作 ➢结果：肖特基二极管的饱和电流要 大得多，起始电流也较大。
P
△U变化时，P区 积累的非平衡少 子浓度分布图
3 1
2
电子浓度
1 ΔU=0
2 ΔU<0
x 3 ΔU>0
U ΔU
N
+ +
+ +
....................................
. ..
.
.
P
PN结正向偏置电压越高，积累的非平衡少子越多。
这种电容效应用扩散电容CD表征。
CD Q U
PN结正偏时，由N区扩 散到P区的电子（非平衡少 子），堆积在 P 区内紧靠 PN结的附近，到远离交界 面处，形成一定的浓度梯 度分布曲线。电压增大， 正向（扩散）电流增大。
扩散电容示意图
U ΔU
N
+ +
+ +
....................................
. . .
..
C1 L
Байду номын сангаасDC
R
+ UD –
4-2第四章_PN结-2
通常的发电系统如火力发电，就是燃烧 石油或煤以其燃烧能来加热水，使之变成蒸汽， 推动发电机发电；原子能发电则是以核裂变放 出的能量代替燃烧石油或煤，而水力发电则是 利用水的落差能使发电机旋转而发电。 太阳能电池发电的原理是全新的，与传 统方法是完全不同，既没有马达旋转部分，也 不会排出气体，是清洁无污染的发电方式。
太阳能电池的结构
单晶硅太阳能电池的典型结构如图所示。
单晶硅太 阳能电池通常是 以p型Si为衬底， 扩散n型杂质，形 成 如 图 (a) 所 示 结 构。为取出电流， p型衬底的整个下 表面涂银并烧结， 以形成银电极， 接通两电极即能 得到电流。
玻璃衬底非晶硅太阳能电池的典型结构如 图所示。
玻 璃衬 底非 晶硅太阳能电池是 先在玻璃衬底上淀 积透明导电薄膜， 然后依次用等离子 体反应沉积p型、I p I 型 和 n 型 三 层 a-Si ， 接着再蒸涂金属电 极铝，电池电流从 透明导电薄膜和电 极铝引出。
设入射光垂直pn结面。如果结较浅，光 子将进入pn结区，甚至更深入到半导体内部。 能量大于禁带宽度的光子，由本征吸收在结 的两边产生电子-空穴对。在光激发下多数载 流子浓度一般改变较小，而少数载流子浓度 却变化很大，因此应主要研究光生少数载流 子的运动。
无光照
光照激发
由于pn结势垒区内存在较强的内建电场（自n区指向p区），结两边 的光生少数载流子受该场的作用，各自向相反方向运动：p区的电子穿过p-n结 进入n区；n区的空穴进入p区，使p端电势升高，n端电势降低，于是在p-n结 两端形成了光生电动势，这就是p-n结的光生伏特效应。由于光照在p-n结两端 产生光生电动势，相当于在p-n结两端加正向电压 V，使势垒降低为qVD-qV， 产生正向电流IF.
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第四章常用半导体4.1 半导体的基本知识选择题：1.PN结的基本特性是：（ B ）A.半导性B.单向导电性C.电流放大性D.绝缘性正确答案是B，本题涉及的知识点是：PN结的基本特性。
2. 半导体中少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为：（ B ）A.扩散运动B.漂移运动C.有序运动D.同步运动正确答案是B，本题涉及的知识点是：PN结的形成相关知识。
3. 在PN结中由于浓度的差异，空穴和电子都要从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这就是：（ A ）A.扩散运动B.漂移运动C.有序运动D.同步运动正确答案是A，本题涉及的知识点是：PN结的形成相关知识。
6. N型半导体和P型半导体是利用了本征半导体的如下哪个特性（C）A．热敏性 B. 光敏性 C. 掺杂性正确答案是C，本题涉及的知识点是：本征半导体特性知识。
7. N型半导体是在本征半导体掺入（A ）A．5价元素 B. 3价元素 C. 导电杂质正确答案是A，本题涉及的知识点是：N型半导体的掺杂知识。
8. P型半导体是在本征半导体掺入（B ）A．5价元素 B. 3价元素 C. 导电杂质正确答案是B，本题涉及的知识点是：P型半导体的掺杂知识。
9. N型半导体中多数载流子是（A ）A．自由电子 B. 空穴 C. 自由电子和空穴 D.电子正确答案是A，本题涉及的知识点是：N型半导体的多数载流子知识。
10. P型半导体中多数载流子是（B ）A．自由电子 B. 空穴 C. 自由电子和空穴 D.电子正确答案是B，本题涉及的知识点是：P型半导体的多数载流子知识。
4.2 半导体二极管选择题：4.如图所示电路，输入端A的电位U A＝+3V，B点的电位U B＝0V，电阻R接电源电压为-15V，若不计二极管的导通压降，输出端F的电位U F为：（ A ）A ．3V B. 0V C. 1.5V D . -16V正确答案是A ，本题涉及的知识点是：二极管优先导通问题。
5.如图所示电路，输入端A 的电位U A ＝+3V ，B 点的电位U B ＝0V ，电阻R 接电源电压为-15V ，若二极管的导通压降为0.7V ，输出端F 的电位U F 为： （ C）A ．3V B. 0V C. 2.3V D . -16V正确答案是C ，本题涉及的知识点是：二极管优先导通问题。
半导体物理学简明第4章 p-n结2011
热平衡状态下的p型和n型半导体以及pn结的能带图
西安理工大学电子工程系 马剑平
12
2、热平衡pn结的费米能级
在浓度差引起的扩散与扩散产生的自建电场的共同作用下
电子电流
Jn
n0 q n
E
qDn
dn0 dx
由
n0
NC
exp(
EC EF kT
)
dn0 n0 ( dEC dEF ) dx kT dx dx
西安理工大学电子工程系 马剑平
（恒定表面杂质浓度和恒定杂质总量两种方法） 扩散法需要在较高温度下操作，而且形成的是渐变式的杂质分布
西安理工大学电子工程系 马剑平
4
3、离子注入法（Ion-implantation technology）
离子注入法采用气相杂质源，在高强度的电磁 场中令其离化并静电加速至较高能量后注入到 半导体适当区域的适当深度，通过补偿其中的 异型杂质形成pn结。与扩散法相比，这种方法 的最大特点是掺杂区域和浓度能够精确控制， 而且杂质分布接近于图4-1所示的突变结。用 离子注入法形成pn结不需要扩散法那样高的温 度，因高能离子注入而受到损伤的晶格也只须 在适当高的温度下退火即可修复，因此不会引 起注入区周边杂质的扩散，是集成电路工艺普 遍采用的掺杂方法。
西安理工大学电子工程系 马剑平
9
空间电荷区-耗尽层的形成
-xp
xn
空间电荷区宽度XD
空间电荷区-耗尽层因为缺少可移动载流子,空间电荷区为高阻区
西安理工大学电子工程系 马剑平
10
二、平衡pn结的
导带 EC
EF EV ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
将n型和p型半导体片经过精细加工和活化处理的两个 清洁表面在室温下扣接在一起，然后在高真空和适当 的温度与压力下，令原本属于两个表面的原子直接成 键而将两块晶片结合成一个整体，同时形成pn 结。 直接键合法能形成最接近理想状态的突变结。
(完整版)PN结的形成过程及原理
PN结的形成过程及原理
在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，那么在两种半导体的交界面附近就形成了PN结。
PN结是构成各种半导体器件的基础。
在P型半导体和N型半导体结合后，由于N型区内电子很多而空穴很少，而P型区内空穴很多电子很少，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差别。
这样，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。
于是，有一些电子要从N型区向P型区扩散，也有一些空穴要从P型区向N型区扩散。
它们扩散的结果就使P区一边失去空穴，留下了带负电的杂质离子,N区一边失去电子，留下了带正电的杂质离子。
半导体中的离子不能任意移动，因此不参与导电。
这些不能移动的带电粒子在P和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，就是所谓的PN结。
空间电荷区有时又称为耗尽区。
扩散越强，空间电荷区越宽。
在出现了空间电荷区以后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区就形成了一个内电场，其方向是从带正电的N区指向带负电的P区。
显然，这个电场的方向与载流子扩散运动的方向相反，它是阻止扩散的。
另一方面，这个电场将使N区的少数载流子空穴向P区漂移，使P区的少数载流子电子向N区漂移，漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。
从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区所失去的空穴，从P区漂移到N区的电子补充了原来交界面上N区所失去的电子，这就使空间电荷减少，因此，漂移运动的结果是使空间电荷区变窄。
当漂移运动和扩散运动相等时，PN结便处于动态平衡状态。
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第四章常用半导体4.1 半导体的基本知识选择题：1.PN结的基本特性是：（ B ）A.半导性B.单向导电性C.电流放大性D.绝缘性正确答案是B，本题涉及的知识点是：PN结的基本特性。
2. 半导体中少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为：（ B ）A.扩散运动B.漂移运动C.有序运动D.同步运动正确答案是B，本题涉及的知识点是：PN结的形成相关知识。
3. 在PN结中由于浓度的差异，空穴和电子都要从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这就是：（ A ）A.扩散运动B.漂移运动C.有序运动D.同步运动正确答案是A，本题涉及的知识点是：PN结的形成相关知识。
6. N型半导体和P型半导体是利用了本征半导体的如下哪个特性（C）A．热敏性 B. 光敏性 C. 掺杂性正确答案是C，本题涉及的知识点是：本征半导体特性知识。
7. N型半导体是在本征半导体掺入（A ）A．5价元素 B. 3价元素 C. 导电杂质正确答案是A，本题涉及的知识点是：N型半导体的掺杂知识。
8. P型半导体是在本征半导体掺入（B ）A．5价元素 B. 3价元素 C. 导电杂质正确答案是B，本题涉及的知识点是：P型半导体的掺杂知识。
9. N型半导体中多数载流子是（A ）A．自由电子 B. 空穴 C. 自由电子和空穴 D.电子正确答案是A，本题涉及的知识点是：N型半导体的多数载流子知识。
10. P型半导体中多数载流子是（B ）A．自由电子 B. 空穴 C. 自由电子和空穴 D.电子正确答案是B，本题涉及的知识点是：P型半导体的多数载流子知识。
4.2 半导体二极管选择题：4.如图所示电路，输入端A的电位U A＝+3V，B点的电位U B＝0V，电阻R接电源电压为-15V，若不计二极管的导通压降，输出端F的电位U F为：（ A ）A．3V B. 0V C. 1.5V D . -16V正确答案是A，本题涉及的知识点是：二极管优先导通问题。
5.如图所示电路，输入端A的电位U A＝+3V，B点的电位U B＝0V，电阻R接电源电压为-15V，若二极管的导通压降为0.7V，输出端F的电位U F为：（ C ）A．3V B. 0V C. 2.3V D . -16V正确答案是C，本题涉及的知识点是：二极管优先导通问题。
第四章 pn结..
第4章 pn 结1、对N A =1×1017cm -3，N D =1×1015cm -3的突变pn 结，通过计算比较其制造材料分别为Si 和GaAs 时室温下的自建电势差。
解：pn 结的自建电势)(ln 2iA D D n N N q kT V =已知室温下，0.026kT =eV ，Si 的本征载流子密度310100.1-⨯=cm n i ，代入后算得：eV V D 718.0))100.1(101101ln(026.02101517=⨯⨯⨯⨯⨯=GaAs 的本征载流子密度36101.2-⨯=cm n i ，代入后算得：eVV D 537.1)101.2101101ln(026.061517=⨯⨯⨯⨯⨯=2、接上题，分别对Si 结和GaAs 结求其势垒区中1/2势垒高度处的电子密度和空穴密度。
解：根据式(4-14)，该pn 结势垒区中qV D -qV (x )=1/2qV D 处的热平衡电子密度为])(exp[])(exp[)(00kT qV x qV N kT qV x qV n x n DD D n -=-=对于Si ： 代入数据计算得3901001.1-⨯=cm n 对于GaAs ：代入数据计算得3201046.1-⨯=cm n根据式（4-17），该处的空穴密度为])(exp[])(exp[)(200kT x qV qV N n kT x qV qV p x p D D i D n -=-=对于Si ： 代入数据计算得31001092.9-⨯=cm p 对于GaAs ：代入数据计算得31001004.4-⨯=cm p3、设硅pn 结处于室温零偏置时其n 区的E C - E F =0.21eV ，p 区的E F -E V =0.18eV 。
(a)画出该pn 结的能带图；(b)求p 区与n 区的掺杂浓度N A 和N D ；(c)确定接触电势差V D 。
解：（b ）假定室温下p 区和n 区的杂质都已完全电离，则平衡态费米能级相对于各自本征费米能级的位置可下式分别求得：)exp(kT E E N N F C C D --=;)exp(kT E E N N VF V A --=室温下319319101.1,108.2--⨯=⨯=cm N cm N V C代入数据可得：31519107.8)026.021.0exp(108.2-⨯=-⨯=cm N D代入数据可得：31619101.1)026.018.0exp(101.1-⨯=-⨯=cm N A(c) 接触电势差可表示为2ln i A D D n N N q kT V =代入数据得：eV V D 72.0)100.1(101.1107.8ln 106.1026.0210161519=⨯⨯⨯⨯⨯=-4、一硅突变pn 结的n 区n =10cm ，p =5s ；p 区p =0.1cm ，n =1s ，计算室温任意正向偏压下:：(a)空穴电流与电子电流之比；(b)反向饱和电流密度；(c)0.5V 正向电压下的电流密度。
6 第4章 半导体的激发与发光——半导体照明课件PPT
第二节 注入载流子的复合
直接带隙半导体 间接带隙半导体
价带的极大值和导带的极小 价带的极大值和导带的极
值都位于k空间的原点上；
小值不位于k空间的原点上
价带电子跃迁到导带时，只 要求能量的改变，而电子的 准动量不发生变化，称为直 接跃迁；
价带的电子跃迁到导带时 ，不仅要求电子的能量要 改变，电子的准动量也要 改变，称为间接跃迁
（2）热击穿（不可逆）
反向电压
反向电流
结温
热激发
3、PN结的电容效应 在PN结内的耗尽层中，存在相对的正负电荷，根据外加电压
能改变耗尽层的宽度，因而电容量也随之变化，因此PN结具有 的电容效应。
在突变结的情况下：
Cj
C0
(1
V
)
1 2
在缓变结的情况1 3
式中C0是无外加电压时耗尽层的电容量。
I （毫安）
３０
正向
２０
１０
0
0.2
V（伏）
1.0
（２） 反向偏压
在ＰＮ结的P型区接电源负极，N型区接电源正极， 叫反向偏压。
E
p型
n型
E阻
阻挡层势垒增大、变宽， 不利于空穴向Ｎ区运动，
I 也不利于电子向P区运动，
没有正向电流。 PN结表现 为大电阻。
但是，由于少数载流子 的存在，会形成很弱的反 向电流，这个电流也称为 反向饱和电流。
直接跃迁对应的半导体材料 称为直接禁带半导体， GaAs，GaN，ZnO。
间接跃迁对应的半导体材 料称为间接禁带半导体， 例子：Si，Ge，GaP。
表4-2 直接和间接带隙半导体的理论复合概率（300K）
化合物 GaAs GaSb InP
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空间电荷(space charge) ： 由中性区移动到结，会遇到一窄小的过渡区，如左图所示．这 些掺杂离子的空间电荷部分被移动载流子补偿．越过了过渡区域， 进入移动载流子浓度为零的完全耗尽区，这个区域称为耗尽区(空 间电荷区)．对于一般硅和砷化镓的p-n结，其过渡区的宽度远比耗 尽区的宽度要小．因此可以忽略过渡区，而以长方形分布来表示耗 尽区，如右图所示，其中xp和xn分别代表p型和n型在完全耗尽区的 宽度。
耗尽区
• 耗尽区(abrupt junction) • 为求解泊松方程式，必须知道杂质浓度分布．需要考虑两 种重要的例子，即突变结(abrupt junction)和线性缓变结 linearly graded junction)． • 突变结：如图，突变结是浅扩散或低能离子注入形成的pn结．结的杂质分布可以用掺杂浓度在n型和p型区之间突 然变换来近似表示．
• •
•
产生-复合和大注入影响 理想的二极管方程式，可以适当地描述锗p-n结在低电流密度时的电流-电压 特性．然而对于硅和砷化镓的p-n结，理想方程式只能大致吻合，因为在耗尽 区内有载流子的产生及复合存在． 首先，在反向偏压下，耗尽区内的载流子浓度远低于热平衡时的浓度．前一 章所讨论的产生和复合过程主要是通过禁带中产生-复合中心的电子和空穴发 射，俘获过程并不重要．因为俘获速率和自由载流子的浓度成正比，而在反 向偏压下耗尽区的自由载流子非常少．工作在稳态下，这两种发射过程交替 地发射电子和空穴。电子-空穴对产生可以由
电流电压特性
• • • • • • • • • • • • • 电流-电压特性： 当在p-n结外加一电压，将会 打乱电子和空穴的扩散及漂移电 流间的均衡． 如中间图所示，在正向偏 压时，外加的偏压降低跨过耗 尽区的静电电势．与扩散电流 相比，漂移电流降低了．由p端 到n端的空穴扩散电流和n端到p 端的电子扩散电流增加了．因 此，少数载流子注入的现象发 生，亦即电子注入p端，而空穴 注入n端．
第四章 pn 结
4.1 基本工艺步骤
• 应用：整流，Байду номын сангаас关，双极晶体管，可控硅 （thyristor）和MOSFET,微波或光电器件 • 制作： • 1）Pn结都是用平面技术（planar technology）； • 2）异质结 由两种不同半导体材料形成； • 构成异质结双极型晶体管，量子效应器件 和光电器件等
• 显影： • 紫外光照射后，晶片放入显影剂 （developer）中，发生化学溶解反应。 • 晶片再次被放入烘烤炉内，置120~180℃之 间烘烤20分钟。加强对衬底的附着力和抗 蚀能力。 • 用氢氟酸刻蚀暴露的二氧化硅部分，将硅 露出来。
• 剥离抗蚀剂： • 采用化学溶剂或等离子体氧化系统剥离 （stripped）。 • 为离子注入或扩散准备。
4.1.3扩散或离子注入
• 扩散方法：没有被二氧化硅保护的半导体表面暴 露在相反形态的高浓度杂质中，杂质利用固态扩 散方式进入半导体晶格。 • 离子注入：将欲掺杂的杂质离子加速到一定能级， 注入半导体内部。二氧化硅可作为阻挡层，阻挡 杂质扩散或离子注入。 • P-n结形成： 完成扩散或离子注入后，p-n结形成。 • 横向扩散：被注入的离子横向扩散lateral • Straggle，p型区比开窗宽点。
• • • • • • • • • • • •
对个别的带电载流子 而言，内建电场的方向和 扩散电流的方向相反．图 下方显示，空穴扩散电流 由左至右流动，而空穴漂 移电流因为电场的关系由 右至左移动．电子扩散电 流由右至左流动，而电子 漂移电流移动的方向刚好 相反．应注意由于带负电 之故，电子由右至左扩散 ，恰与电流方向相反．
• 曝光 • 使用UV（ultravoilet），通过对一有图案的 掩膜板的晶片曝光。 • 反应机理：对于被抗蚀剂覆盖的晶片在其 曝光的区域内将依据抗蚀剂的形态进行化 学反应。 • 被暴露在紫外光下的抗蚀剂将进行聚合反 应（polymerized），在随后的刻蚀中保留， 未被曝光的区域会溶解而除去。
电流电压特性
• • • • • • • 在反向偏压下， 外加的电压增加了跨 过耗尽区的静电电势， 如中间图所示．如此 将大大地减少扩散电 流，导致一小的反向 电流．
• 理想电流-电压特性： • 假设满足：①耗尽区为突变边界，且假设在边界之外，半 导体为电中性．②在边界的裁流子浓度和跨过结的静电电 势有关．③小注入情况，亦即注入的少数载流子浓度远小 于多数载流子浓度，即在中性区的边界上，多数载流子的 浓度因加上偏压而改变的量可忽略．④在耗尽区内并 • 无产生和复合电流，且电子和空穴在耗尽区内为常数． • 在热平衡时，中性区的多数载流子浓度大致与杂质浓度相 等，下标0表示热平衡．因此，nn0和np0分别表示为在n 和p侧的平衡电子浓度．故
4.1.4金属化
• 扩散或离子注入完成后，形成欧姆接触及 连线。 • 金属薄膜可以用物理气相沉积或化学气相 沉积形成。
• • • • • • •
热平衡状态下的p-n结 • 耗尽区 • 耗尽层势垒电容 • 电流-电压特性 • 电荷储存与暂态响应 • 结击穿 • 异质结
热平衡状态下的p-n结
• • • • • • • • • • • • • • • p-n结(junction)：由p型半导体和n型半导体接触形成的结． p-n结最重要的特性是整流性，即只容许电流流经单一方 向。右图为一典型硅p-n结的电流-电压的特性． 当对p-n结施以正向偏压(p端为 正)时，随着电压的增加电流会 快速增加．然而，当施以反向偏 压时，随反向偏压的增加几乎没 有任何电流，电流变化很小，直 到一临界电压后电流才突然增加 ．这种电流突然增加的现象称为 结击穿(junction breakdown)．外 加的正向电压通常小于1V，但 是反向临界电压或击穿电压可以 从几伏变化到几千伏，视掺杂浓 度和其他器件参数而定．
•
得到
电荷存储和暂态响应
电荷存储和暂态响应
结击穿
• • • • • • • • • • • • 雪崩倍增(avalanche multiplication) 雪崩倍增的过程如图所示．在反向偏压下，在耗尽区因热 产生的电子(标示1)，由电场得到动能． 如果电场足够大，电子可以获得 足够的动能，以致于当和原子产 生撞击时，可以破坏键而产生电 子-空穴对(2和2’)．这些新产生的 电子和空穴，可由电场获得动能， 并产生额外的电子-空穴对(譬如3 和3’)．这些过程生生不息，连续 产生新的电子-空穴对．这种过程 称为雪崩倍增．
集成电路（IC）工艺: OXIDATION(氧化) Lithograph(光刻) Ion implant (离子注入) Metallization(金属化)
• 4.1.1氧化 • 依据使用的气体源是干氧气或湿的水蒸气， 二氧化硅的生长方式可分为 • 干氧化：硅片被干氧气氧化；可以用来生 长器件的薄氧化层，有较好的硅-二氧化硅 界面特性； • 湿氧化：硅片被至于高温水蒸气中，氧化 加快，生长速率快，可生长厚氧化层。
• 利用势垒电容－电压曲线求解半导体掺杂基体掺 杂浓度、PN结内建电势的方法。测量杂质分布的 C-V法基本原理。变容器工作原理，突变结、线 性缓变结和超突变结变容器 • 载流子分布特点。超突变结变容器在振荡电路中 应用。 • • 推导理想PN结电流电压方程基本假设及其原因？ PN结热平衡条件下和小注入条件下，结两边载流 子换算关系。理想PN结电流电压方程表达式及其 推导过程。PN结反偏及其正偏电压耗尽区边界载 流子浓度与平衡条件下载流子大小关系？ • • 为什么对于硅和砷化镓的p-n结实际电流电
4.1.2 光刻
• 平面工艺中被用来确定器件中的p-n结的几 何形状。 • 具体方法是： • 二氧化硅形成后，在其上涂覆一层对紫外 光（UV）敏感的材料（photoresist，光阻， 抗蚀剂） • 将晶片从旋转机上取下，在80~100℃之间 烘烤，以驱除抗蚀剂中的溶剂并硬化抗蚀 剂，加强抗蚀剂与镜片的附着力；
• 杂质分布计算(evaluation of impurity distribution) • 电容-电压的特性可用来计算任意杂质的分布．对p＋-n结，其n侧的 掺 • 杂分布如图(b)所示． • 如前所述，对于外加电压增量 • dV， 单位面积电荷的增量dQ 为 • qN(W)dW[即图(b)的阴影区域]．其 • 对应的偏压变化为[图(c)的阴影区 • 域]
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能带图(band diagram) ： p-n 结形成之前 ，p型和n型半导体材 料是彼此分离的，其 费米能级在p型材料 中接近价带边缘，而 在n型材料中则接近 导带边缘．p型材料 包含大浓度的空穴而 仅有少量电子，但是 n型材料刚好相反。
• 当p型和n型半导体紧密结合时，由于在结上载流子存在大的浓度梯度， 载流子会扩散．在p侧的空穴扩散进入n侧，而n侧的电子扩散进入p 侧． • 原因：当空穴持续离开p侧 • ，在结附近的部分负受主离子 • NA－未能够受到补偿，此乃因受 • 主被固定在半导体晶格，而空穴 • 则可移动．类似地，在结附近的 • 部分正施主离子ND+在电子离开n • 侧时未能得到补偿．因此，负空 • 间电荷在接近结p侧形成，而正 • 空间电荷在接近结n侧形成．此 • 空间电荷区域产生了一电场，其 • 方向是由正空间电荷指向负空间 • 电荷，如图上半部所示．
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当正向偏压 或反向偏压施加 在线性缓变结时 ，耗尽区的宽度 变化和能带图会 和突变结相似． 耗尽区宽度 随(Vbi-V)1/3变化. 如果是正向偏压， V 是正值； 如果 是反向偏压， V 是负值．
耗尽层势垒电容
• 耗尽层势垒电容(depletion layer capdcitance) • 单位面积耗尽层势垒电容定义为: • • • • • • • • 其中dQ是外加偏压变化dV时， 单位面积耗尽层电荷的增量． 右图表示任意掺杂浓度p-n结 的势垒电容．实线代表电压 加在n侧时对应的电荷和电场 分布．如果电压增加了dV的 量，电荷和电场分布会扩张 到虚线的区域．