《半导体物理与器件》第2章PN结机理与特性.pptx

第二章PN结机理与特性《半导体物理与器件》1主要内容2    采用不同的掺杂工艺,使半导体的一部分成为P型区,另一部分成为N型区,在P型区和N型区的交界面处就形成了PN结。PN结不仅是二极管、晶体管及其他结型半导体器件的最基本单元和最基本的组成部分,而且也是所有半导体器件的理论基础。 所谓平衡PN结,是指PN结的两端没有外加偏压情况下的PN结。3什么是PN结?制备PN结最典型的工艺方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法。在N型(或P型)半导体单晶片衬底上,分别采用不同的掺杂方法,使原来半导体的一部分变成P型(或N型)半导体,而另一部分则是原来的N型(或P型)半导体,那么在P型半导体和N型半导体的交界面处就形成了PN结。 合金法制备PN结的基本过程如图所示,首先在N型锗单晶片上放置一粒铟(In)球,升温逐渐加热到500~600℃,形成铟锗共熔体。然后再逐渐降温,在降温过程中,锗便从共熔体中析出,沿着锗片的晶向再结晶,在再结晶的锗区域中,将含有大量的P型杂质铟,使该区域变成了P型锗,从而形成了PN结。 由于这种PN结是用合金法制备的,所以称为合金结。7PN结的制备与杂质分布PN结的制备与杂质分布合金结的杂质分布 合金结的杂质分布如图所示。 其特点是:若衬底N型区中的施主杂质浓度为ND,且均匀分布,P区中受主杂质浓度为NA,均匀分布,在交界面处,杂质浓度由NA(P型)突变为ND(N型),我们把具有这种杂质分布的PN结称为突变结。 设PN结的位置在x=Xj处(Xj为P型区的结深),则突变结的杂质分布可以表示为N(x)NAN(x)NDxXjxXj8PN结的制备与杂质分布 实际的突变结中两边的杂质浓度往往相差很大。若控制N区的施主杂质浓度ND为1013~1015cm-3,则P区受主杂质浓度NA为1017~1019cm-3,通常称这种一边杂质浓度远高于另一边杂质浓度的PN结为单边突变结。若NA>>ND,则记作P+N结;若NA<<ND,则记作PN+结。合金结的杂质分布9扩散结的形成过程c)P型杂质的扩散10a)氧化b)光刻d)P型区形成PN结的制备与杂质分布