2021年度23准费米能级和大注入效应讲义.ppt

薄基区二极管 是指，PN 结的某一个或两个 中性区的长度小于少子扩散长度 。





P
N
WB
0
这时其扩散电流 Jd 会因为少子浓度的边界条件不同而有所不同。
但势垒区产生复合电流 Jgr 的表达式无任何变化。
假设在WB处有个欧姆接触
上图 N 型区内的非平衡少子浓度边界条件为
（ ， 称为空穴的 扩散长度，典型值为 10 m ）
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23准费米能级和大注入效应
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利用上述边界条件，求解扩散方程得到的 N 区中的非平衡少子分布 pn(x) 为
式中，
上式实际上可以适用于任意 WB 值。当 WB →∞ 时，上式近似为
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23准费米能级和大注入效应
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对于薄基区二极管，WB << Lp ，利用近似公式 ( |u| << 1 时) ，得
上式对正、反向电压都适用。类似地可得 P 区中的非平衡少子分布 np(x) 的表达式。薄基区二极管中的少子分布图为
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23准费米能级和大注入效应
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当 WB << Lp 时的空穴扩散电流密度为
与厚基区二极管的扩散电流密度公式相比，差别仅在于分别用 WB 、WE 来代替 Lp 、Ln 。
当 WE << Ln 时
电子扩散电流密度
结论：
1、WB << LP,薄基区二极管扩散电流密度远大于厚基区二极管的扩散电流密度;
2、n区内少子的浓度近似为距离的线性函数，少子扩散电流密度为常量
电流恒定表示少子不存在复合过程
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23准费米能级和大注入效应
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补充题1：设计一个PN结，以满足最大电场和电压要求。
已知：T=300K时，硅PN结的掺杂浓度

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23准费米能级和大注入效应
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2.3 准费米能级与大注入效应
平衡时的载流子浓度可表示为
2.3.1 自由能与费米能级
在平衡状态时，存在统一的费米能级 EF ，即电子与空穴有相同的费米能级，并且费米能级在半导体内处处相等。
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23准费米能级和大注入效应
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Ei
N型半导体 P型半导体
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23准费米能级和大注入效应
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2.3.2 准费米能级
在非平衡情形，不存在统一的费米能级，但同一种粒子在同一地点的能量分布仍与费米分布函数形式相同，为了能用类似描述平衡状态的公式来描述非平衡状态的载流子浓度分布，引入了 准费米能级 的概念。
设 EFp与 EFn分别为空穴与电子的准费米能级，且均可随 x 而变化，则非平衡状态时的空穴和电子浓度仍可表示为
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23准费米能级和大注入效应
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比较以上两式可知，耗尽区中两种准费米能级之差为
由第 2.1 节已知在耗尽区中
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23准费米能级和大注入效应
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外加正向电压时的 PN 结能带图
耗尽区中，


这个差值就是势垒高度比平衡时降低的数值。
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