空間電荷效應

空間電荷效應

半導體中的空間電荷及其相應的空間電荷效應是一個重要的基本概念。在半導體材料和器件中往往會遇到有關的問題,特別是在大電流時空間電荷可能起著決定性的作用。在空間電荷效應起作用的情況下,通過空間電荷區的電流也就以載流子的漂移電流為主,而決定此漂移電流的電場又主要是由載流子電荷所產生的,所以,這時的載流子電荷、電場和電流,它們之間是相互制約著的;即通過空間電荷區的載流子漂移電流要受到相應空間電荷的限制,因此稱這時的電流為空間電荷限制電流。

空間電荷

存在於半導體內部局部區域的剩餘電荷即為空間電荷。例如p-n結界面附近處的勢壘區,其中就有空間電荷,並從在勢壘區中產生出相應的內建電場。

空間電荷包含有電離的施主、受主雜質中心的電荷以及載流子(電子和空穴)的電荷。在載流子被內建電場驅趕出空間電荷區——耗盡的近似情況下,空間電荷就只是電離雜質中心的電荷;這時,對於n型半導體,空間電荷主要是電離施主中心的電荷(正電荷);對於p型半導體,空間電荷則主要是電離受主中心的電荷(負電荷)。一般,空間電荷密度ρ為 ρ = q(p-n+Nd-Na) 。

空間電荷效應

在偏壓等外界作用下,在空間電荷區中,載流子的濃度可能超過或者少於其平衡載流子濃度。例如,對於n-p結,空間電荷區主要在p型一邊(其中的空間電荷基本上都是電離受主的負電荷);當加上正向電壓時,即有大量電子注入、並通過空間電荷區,則這時在空間電荷區中的電子濃度將超過平衡電子濃度,有np>np=ni;相反,當加上反向電壓時,空間電荷區中的電場增強,驅趕載流子的作用更大,則這時在空間電荷區中的電子濃度將低於平衡電子濃度,有np

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