半导体器件

物理学考研重要知识点，整理成思维导图，供大家参考。

半导体器件

• 基本方程
  • 泊松方程
  • 输运方程
  • 连续性方程
• PN结
  • 依据冶金结两边的杂质分布
    • 突变结（当一侧浓度远大于另一侧——单边突变结）
    • 线性缓变结
  • 平衡载流子
    • 多子
      • P区：空穴 pp0=NA
      • N区：电子 nn0=ND
    • 少子
      • P区：电子 np0
      • N区：空穴 pn0
  • 空间电荷区（N指向P）
    • 正负电离杂质的电荷量相等
    • 平衡状态下净空穴、电子电流密度为0 -> 推导Vbi
      • 一般PN结内建电势
      • 突变结内建电势
      • 室温下，Si的Vbi 0.8V
      • Ge的Vbi 0.35V
    • 耗尽近似（载流子完全扩散掉）耗尽区
      • 由耗尽近似可推导空间电荷区的电场分布
      • 推导耗尽区宽度
      • 利用Vbi表示耗尽区宽度
        • 单边突变结的耗尽区宽度
    • 中性近似 中性区
    • 以上推导的关于平衡PN结公式都可以推广到有外加电压的情形，若假设外加电压全部降落在耗尽区上，则只需将公式中的Vbi替换成Vbi-V 注：1.外加电压的参考方向与Vbi相反，且V<=Vbi 2.当V趋近Vbi时，会出现大电流情况，就不能忽略准中性区域的压降
  • 平衡PN结能带图与空间电荷区载流子分布
    • 能带图
      • 势垒区
    • 空间电荷区载流子分布
      • 平衡载流子浓度
      • n0(x)
      • p0(x)
  • 外加偏压PN结载流子的运动
    • 平衡时
      • 扩散等于漂移
    • 正向偏压V>0
      • 势垒高度变为q（Vbi-V）
      • 扩散大于漂移
      • 势垒随外加电压而线性下降，但是少子分布随能级位置呈指数变化（玻尔兹曼分布）
      • 由于正向电流的来源是N区电子和P区空穴，都是多子，所以正向电流大
      • 正向电流密度
        • 空穴电流密度
        • 电子电流密度
    • 反向偏压V<0
      • 势垒高度变为q（Vbi-V）
      • 漂移大于扩散
      • 由于界面附近的少子有限，所以反向电流会出现饱和
      • 由于反向电流的来源是少子，所以反向电流很小且饱和
      • 反向电流很小且饱和的原因
      • 反向电流密度
        • 空穴电流密度
        • 电子电流密度
    • 理想PN结直流电流电压特性
      • 求解思路
        • 不考虑势垒区产生符合，则Jn,Jp为常数
        • Jn（xn）=Jn(-xp)
        • Jp(xn)=Jp(-xp)
      • 少子分布
      • 外加偏压下少子分布，结定律
      • 扩散电流
      • 影响反向饱和电流的因素
        • 材料种类
        • 掺杂浓度
        • 温度
  • 势垒区复合产生电流对PN结IV特性的影响
    • 势垒区产生复合电流
      • 正向
        • J=Jdp+Jdn+Jr
      • 反向
        • J=Jdp+Jdn+Jg
    • 复合电流的计算
  • 准费米能级
    • EFn
    • EFp
    • EFn-EFp=qV
  • 大注入效应
    • 小注入条件
    • 大注入条件
    • 大注入下载流子浓度
    • 大注入下自建电场
• 主题