半导体物理与器件(吕淑媛)课件第5章PN结

识也是学习半导体器件的基础。? 本章主要讨论PN结的形成及其在零偏、正偏和反偏下的特性,重点讨论PN结在外加偏压下的电流电压特性、PN结的电容特性及击穿特性等。5.1PN结的形成及其基本结构图5.1是PN结的基本结构示意图。实际中制作PN结比较常用的工艺方法有合金法、扩散法、外延生长法及离子注入法等。通过利用这些方法,将半导体其中一部分变成P型,另外一部分变成N型,则在两种半导体的交界面附近就形成了PN结。由于不同的制作工艺导致形成的PN结的杂质分布也不相同,下面讨论两种典型的PN结制造工艺及由这种制造工艺形成的PN结的杂质分布。图5.1PN结的结构示意图5.1.1合金法及其形成的PN结的杂质分布? 用合金法制作PN结的基本过程如图5.2所示,图中的衬底材料是已经进行均匀掺杂的N型硅,在N型硅上,放置金属Al,并对其加热使温度升高以形成Al和N型硅的共熔体。然后降温,由于在降温过程中,Al将从共熔体中向衬底运动并随着温度的降低而再次凝固。在再凝固的区域,局部含有大量的Al,使得该区域反转为P型,它和N型硅衬底的交界面处形成了PN结。利用这种方法制备的PN结称为合金结。图5.2合金法制作PN结的过程示意图利用合金法制备的合金结的杂质分布特点是:衬底的掺杂浓度是均匀分布的,用ND表示;掺入P区的掺杂浓度也是均匀分布的,用NA表示。在二者的交界面附近,杂质浓度将由一侧的NA(或ND)突变到ND(或NA)。把这种通过合金法制作在各自区域内具有杂质均匀分布的特点,而在界面附近发生突变的结称为突变结。突变结内的杂质分布为突变结的杂质分布如图5.3所示。如果在突变结中,两边的杂质浓度相差很大,掺杂浓度差别在3~4数量级或以上,则称其为单边突变结。在表示时,在掺杂浓度较大的半导体上标“+”,即如果NA≫ND,则用P+N结表示;如果ND≫NA,则用PN+结表示。图5.3突变结的杂质分布示意图