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射频电路设计第六章

2、 P型半导体：现在考虑添加的杂质原子比构成本征半导体品格的原子有更少价电子的情况。这种类型的元素称为受主．例如对于si晶格，硼(B)就属于这种元素。
由图(c)（上页）可看出：共价键之一出现3其施主和受主浓度分别等于NA＝l015cm-3和N0＝5xl015cm-3 。意欲找出空间电荷区dp和dn以及在零偏置电压下的结电容。证明PN结的耗尽层电容表示成下列形式：

其中cJ0是零偏置电压下的结电容。确定cJ0 ，并描述出耗尽层电容与外电压的函数关系(设PN结的横截面积A＝10-4CM2)。
解：把外电压VA引入到电容表达式()中．得到：
令：
计算得：CJ0 =
当外加电压接近内建(阻挡层)电势时．结电容趋于无限大。然而在实际上此时开始达到饱和，这将在后面介绍

四、肖特基二极管方程：
对流过二极管的电流．列出肖特基二极管方程(在附录F中有推导)：
I=I0（e v/VT-1) 其中Io是反向饱和电流或漏电流。
通常称这电流一电压特性曲线为I-V曲线,。
该曲线表明：
在负压下有一小的、与电压无关的电流(-Io)，而在正压下则为指数增长电流。（图示中的函数关系是理想化的，末考虑到击穿现象。但上式显示出了在外加交流电压下PN结的整流性质。）
耗尽层或结电容的存在要求PN二极管上加有负电压。（如上例题），这意味着VA<Vdiff的条件。但注意：在正偏压条件下，由于储存在半导体层中的扩散电量Qd(少数载流子)的存在而出现一个附加的扩散电容；如果VA>Vdiff ，则它占支配地位。该电量可定量给出，即电量Qd等于二极管电流I与载流子穿过二极管的渡越时间τT的乘积：
显然 扩散电容与外电压和结温度非线性关系：
可见它与工作电压有强烈地依赖关系。
通常．PN二极管的总电容c可粗略地划分成三个区域：
1．VA<0，只有耗尽层电容是重要的；C=CJ
2．0<VA<Vdiff，耗尽层和扩散电容相组合：C=CJ+Cd
3．VA<Vdiff，只有扩散电容是重要的：C=Cd
如：二极管工作在VA=1v，并没定渡越时间τT＝100ps，室温300 K(即VT＝26mV)，测量反向饱和电流Io=10-15A，扩散电流的影响增强。把这些值代人得：C=Cd=194nF（电容值相当大的，对R=-1Ω会产生大的时间常数，限制了应用）
肖特基接触
肖特基分析了当一金属电极接触一半导体时所涉及的物理现象。
如：如果P半导体与铜或铝电极接触，就有电子向金属扩散的趋势，而在半导体中留下空穴，使其中的空穴浓度增加。这种效应的结果是改变界面附近的价带和导带能级。见图6．9(a）所示能带结构中的局域变化。
由于有更高的空穴浓度，价带弯向费米(Fermi)能级。由于更低的电子浓度、导带向离开费米(Fermi)能级的方向弯曲。对这样一种组态，不管外加电压的极性，总是得到一低电阻的接触．如图6．9(b)所示。
当金属电极与N半导体接触时，出现更类似于PN结的性能：由于电子从半导体向金属迁移，在半导体中产生一小的正电荷密度。因为：当两种材料分开时，半导体(较低的逸出功)相对于金属(较高的逸出功)有较高的费米能级(较低的逸出功)。然而一旦两种材料接触时，费米能级必须是相同的，就产生两者能带的弯曲。电子从N型半导体扩散出去．留下正空间电荷。耗尽层增大．直到空间电荷的静电排斥作用阻止电子进一步扩散为止。图6．10给出两材料在接触前后的情况。
与金属逸出功WM＝qVM有关，其中VM记为费米能级与电子逸出成为自由粒子时参考能级之间的差；
对某些常用金属的VM值见表6．2。上式中qx电子亲和能势是从导带到该同
一参考能级来测定的．， v
有如在州结构p样，建立起内建肖特基阻挡层电压Vd的表达式:
其中：导带与费米能级之间的附加电压Vc与掺杂浓度ND和导带中态浓度Nc有关。
求解Vc得
能量：Wb=qVb
虽然实际的金属与半导体界面间通常有一极窄的附加绝缘层，忽略这层的影响，并且只涉及半导体中空间电荷长度：
肖特基结点的结电容：
例题6．4 计算肖特基二极管的阻挡层电压、耗尽层电容和空间电荷区长度
金属材料黄金与八型半导体接触的界面可形成肖特基二极管。半导体的掺
杂浓度ND=1016cm3，金属逸出功VM是5．1v。还有如上述si的电子亲和
电势x＝。求肖特基阻挡层势Vd，空间电荷长度ds和结电容cj，已知
si的相对介电常数εr＝11．9。设二极管截面积A＝10-4cm2，温度