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pn结与掺杂浓度的关系,掺杂浓度高pn结窄-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2024-08-07 

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pn结与掺杂浓度的关系,掺杂浓度高pn结窄-KIA MOS管


PN结的形成与掺杂浓度

PN结是由一块半导体晶体的两侧分别掺杂成P型和N型半导体形成的。P型半导体富含空穴,而N型半导体富含电子。当这两种半导体紧密接触时,它们之间的接触面就形成了PN结。掺杂浓度直接影响PN结的形成和性质。


耗尽层宽度取决于杂质离子的浓度;在掺杂半导体中,多数载流子由杂质离子提供,少数载流子由本征激发(形成电子空穴对),故而,在高掺杂浓度下,多数载流子的扩散运动大于PN结内建电场形成的少数载流子的漂移运动,同时削弱了内建电场,即耗尽层宽度变窄,此时整个运动过程即是半导体正向导通的状态。本征激发是共价键中的电子在温度升高或者受到光照时,挣脱原子核的束缚,成为自由电子的过程;


PN结(空间电荷区/耗尽层阻挡层)

P区(positive正极)->多数载流子为空穴,本征激发产生电子空穴对,少数载流子为自由电子;

N区(negative负极)->多数载流子为自由电子;


为什么掺杂浓度越高,pn结越窄?


PN结的维持是依靠PN各区的少子的漂移运动和在PN结形成的空间电场下少部分突破其势垒逃逸的多子的扩散运动,漂移运动的少子和扩散运动的多子数目相同;


那么,此时因为少子是半导体自身共价键本征激发所形成的载流子,与掺杂浓度无关,所以在掺杂浓度增大时,少子的数目是不变的,只有在原本没有增大浓度时形成PN结的区域掺杂的杂质元素增多,此区域极易挣脱束缚而进行扩散运动的多子同进行漂移运动的固定数目的少子达到动态平衡时,所需挣脱束缚的多子的范围就更小,所以PN结就更窄。

pn结,掺杂浓度

PN结随正向电压方向及大小的变化

当外接正向电压时,靠近PN结两侧电子密度增大,并向两侧递减,结论可得PN结变薄。


在外接正向电压时,大量电子涌入N区,一部分电子与空间电荷区的正离子结合,从而使其显中性,所以削弱的内电场,且PN结变薄,P区同理;


当外接正向电压时,漂移运动被削弱,扩散运动加强,又由上面可得,少子和多子严重不等,且少子漂移运动减少,PN结无法正常维持,故缩减;


PN结随反向电压方向及大小的变化

漂移运动被增强,进行漂移运动的少子增多,结论可得PN结变厚。


掺杂浓度对PN结伏安特性的影响

正向特性:掺杂浓度直接影响PN结的正向导通电压。高掺杂浓度使得N区和P区中的载流子浓度增加,从而提高正向电流密度。然而,过高的掺杂浓度可能导致PN结出现隧道效应或穿通现象,使得正向电流密度不再随电压增加而线性增长。


反向特性:掺杂浓度对PN结的反向饱和电流有显著影响。高掺杂浓度增加了PN结内部的载流子浓度,使得在反向偏置电压下仍有较多的载流子能够越过PN结势垒并参与导电过程。


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