电子科技大学微电子与固体电子学院谢孟贤教授博导5`7{7i1w1w"AZ7W$M!V$d$j9].Ep-n结基本概念是解决许多微电子和光电子器件的物理基础。对于许多半导体器件问题的理解不够深透，归根到底还在于对于p-n结概念的认识尚有模糊之处的缘故。,h1M)H7b)I*l'Z1~!r5u3j(M&a0r:C&f)|0W!R&E%^/V0N因为p-n结的一个重要特点就是其中存在有电场很强的空间电荷区，故p-n结的形成机理，关键也就在于空间电荷区的形成问题；p-n结的能带也就反映了空间电荷区中电场的作用。/z-m;K#k!d#_+z3t"n$V)@'|+i&[/n6h,n6U'Y6u2T+f昨天13:58上传HYPERLINK"http://www.2ic.cn/forum.php?mod=attachment&aid=MzIxNTkzfDFkN2MyMDg1fDEzNDA5MzUwOTB8NDk5MjgzfDQ4ODE2OA%3D%3D&nothumb=yes"\o"1089308159887577758.jpg下载次数:0"\t"_blank"下载附件(63.72KB)4b-B2n'i2w+@!V.p(z2P;@.N!W({.L1W.K)Y载流子的转移：*j2s)D-|#];B-V9R$E1H/Q3|$]7I-D,_5Tp型半导体和n型半导体在此需要考虑的两个不同点即为（见图(a)）：①功函数W不同；②主要（多数）载流子种类不同。因此，当p型半导体和n型半导体紧密结合而成的一个体系——p-n结时，为了达到热平衡状态（即无能量转移的动态平衡状态），就会出现载流子的转移：电子从功函数小的半导体发射到功函数大的半导体去，或者载流子从浓度大的一边扩散到浓度小的一边去。对于同质结而言，载流子的转移机理主要是浓度梯度所引起的扩散；对于异质结（例如Si-Ge异质结，金属-半导体接触）而言，载流子的转移机理则主要是功函数不同所引起的热发射。8j4d(c"C2s;`&b!S2Dl)u&~3w3z"l%T4L4?0a空间电荷和内建电场的产生：7gB,e6?0@"F!]5L'h(Q6a&A#z%GK)n2E现在考虑同质p-n结的形成：在p型半导体与n型半导体的接触边缘附近处（即冶金学界面附近处），当有空穴从p型半导体扩散到n型半导体一边去了之后，就在n型半导体中增加了正电荷，同时在p型半导体中减少了正电荷，从而也就在p型半导体中留下了不能移动的电离受主中心——负离子中心；与此同时，当有电子从n型半导体扩散到p型半导体一边去了之后，就在p型半导体中增加了负电荷，同时在n型半导体中减少了负电荷，从而也就在n型半导体中留下了不能移动的电离施主中心——正离子中心。这就意味着，在p型半导体一边多出了负电荷（由电离受主中心和电子所提供），在n型半导体一边多出了正电荷（由电离施主中心和空穴所提供），这些由电离杂质中心和载流子所提供的多余电荷即称为空间电荷，它们都局限于接触边缘附近处，以电偶极层的形式存在，如图(b)所示。4Xm*O7\;}.c1G%m8k#i7lI-Y*m2k6u由于在两种半导体接触边缘的附近处存在着正、负空间电荷分列两边的偶极层，所以就产生出一个从n型半导体指向p型半导体的电场——内建电场。在此，内建电场仅局限于空间电荷区范围以内，在空间电荷区以外都是不存在电场的电中性区。4e*J%P+_([3k-B1n5J)P#Mm,Ip-n结的势垒和能带：;B+d:j2M*o-]6K"J-q#x1D1y#k#G,F"x6d因为在p-n结界面附近处存在着内建电场，而该内建电场的方向正好是阻挡着空穴进一步从p型半导体扩散到n型半导体去，同时也阻挡着电子从n型半导体进一步扩散到p型半导体去。于是从能量上来看，由于空间电荷-内建电场的出现，就使得电子在p型半导体一边的能量提高了，同时空穴在n型半导体一边的能量也提高了；而在界面附近处产生出了一个阻挡载流子进一步扩散的势垒——p-n结势垒。根据内建电场所引起的这种能量变化关系，即可画出p-n结的能带图，如图(c)所示。在达到热平衡之后，两边的Fermi能级（EF）是拉平（统一）的。能带的倾斜就表示着电场的存在。(B.L'N%E5g*e5I$O9~,D;G7T&s1i8b①势垒高度：*e6C/^!u.A$e%y%L0M6J3B&C-x4q6H"I-O(`4}实际上，在p-n结界面处的内建电场就使得p型半导体与n型半导体之间产生了电位差——内建电势差（或内建电压）。电场越强，内建电势差就越大。此内建电势差所对应的能量差（能量差=电势差×电子电荷），即为p-n结的势垒高度。虽然势垒高度并不直接反映的内建电场的大小，因为内建电场在势垒区中的分布可能不一定均匀（决定于空间电荷密度的分布），然而内建电场分布曲线下面