北京師范大學物理系學士學位論文答辯

半導體PN結特性的表征及視頻制作答辯人：陽蒙強學號：201011141921指導老師：王引書教授2014年5月22日目錄頁contents01選題背景02實驗原理03實驗結果及分析04視頻展示1、選題半導體PN結具有單向導電性的特點，可以用于整流、檢波，是制造二極管、三級管的物質基礎。半導體器件大量使用在電子產品中，是制造半導體二極管、三極管、CCD、CPU的重要材料。---電子產業(yè)的糧食---一種重要的半導體器件背景1、選題意義

中學生在日常生活中就已經接觸了很多半導體器件，講授一些半導體PN結的知識可以讓他們更好地將物理學習與日常生活聯系起來。通過I-V測量，C-V測量以及深能級瞬態(tài)譜的測量，可以讓學生更加全面地和較為深入地認識半導體PN結。2、理論分析P型半導體和N型半導體在本征半導體，中摻入少量三價元素雜質形成以空穴導電為主的半導體空穴為多數載流子，自由電子為少數載流子P型半導體本征半導體中摻入五價原子，如磷等形成以電子導電為主的半導體電子為多數載流子，空穴為少數載流子。N型半導體2、理論分析PN結的形成P型半導體+N型半導體緩變結擴散作用外延法生長突變結2、理論分析同質PN結能帶結構及勢壘的形成2、理論分析PN結I-V特性正向電壓反向電壓2、理論分析PN結I-V特性2、設計理論PN結C-V特性在耗盡近似的情況下，突變結空間電荷區(qū)的電子電勢變化可以由泊松方程描述：積分可得：勢壘區(qū)單位面積的電荷：Q=eNd，則：定義微分電容：單位面積的微分電容為2、設計理論PN結的勢壘電容計入結面積后上式可以改寫為：在不同電壓V下測量電容，做1/C2—V曲線可以得到一條直線，由其斜率可以求出雜質濃度N，從直線在V軸上的截距可以求出結的勢壘高度VD。2、設計理論PN結的深能級瞬態(tài)電容

深能級是半導體禁帶范圍內，與靠近導帶和價帶的淺能級相比，處于較深能量狀態(tài)的能級。

雜質缺陷產生的深能級分布在禁帶中較寬的范圍內，能起陷阱和復合中心以及發(fā)光中心的作用，對結電容和電導率有影響，但與淺能級相比這種影響隨溫度而改變。

淺能級決定著半導體的電導率和結電容，除在77K以下的極低溫度范圍內，其對電導率和結電容的影響基本不隨溫度變化?？梢酝ㄟ^電橋平衡掉淺能級結電容，通過放大增益和改變溫度探測到深能級瞬態(tài)電容。2、理論分析PN結的勢壘電容圖1深能級充放電示意圖、結電容的變化及反偏下pn結的能帶結構圖2、理論分析PN結的勢壘電容結電容：對結施加零偏壓脈沖(多子脈沖)，可使原耗盡區(qū)中的深能級充以電子。此時結電容為：VR脈沖過后pn結仍恢復反向偏置，結電容下降為：電容的該變量：2、理論分析PN結的深能級瞬態(tài)電容對于P+N結：深能級放電過程中NT（ET）上電子（或空穴）濃度nT(t)(或pT(t))，隨時間t指數減少：在ND>>NT的條件下，深能級瞬態(tài)電容為：2、理論分析PN結的深能級瞬態(tài)譜2、理論分析PN結深能級瞬態(tài)譜對于譜峰點：可以得到：實驗中VD1信號：，n=5,10,20,50t2/t1=3VD2信號：，n=5,10,20,502、理論分析PN結的勢壘電容從實驗上得到e作為溫度的函數:

由曲線的斜率確定Ec-ET值，即深能級雜質的電離能3、結果及視頻I-V特性3、結果及視頻C-V特性3、結果及視頻C-V特性接觸電勢差VD=0.7846V淺能級雜質濃度N=8.661018cm-33、結果及視頻深能級瞬態(tài)譜3、結果及視頻多子峰13、結果及視頻多子峰23、結果及視頻多子峰33、結果及視頻可能摻雜的深能級雜質峰1，峰2，峰3對應的斜率分別為：-3146，--4046，-5399玻爾茲曼常量kB=8.6173357*10-5eV/K，利用（EC-ET）=—kB*k。得到（EC-ET）分別為：0.271eV，0.349eV，0.465eV。元素SGeKNiAgMgCdV（EC-ET