PN结在高掺杂的情况下,耗尽层宽度为什么变窄

最新推荐文章于 2025-04-04 12:00:00 发布

j448749903

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电场强度等于：掺杂浓度*宽度（e=nd*w）
    电势差等于：电场强度*宽度
    所以：电势差等于掺杂浓度*宽度的平方。
    产生的电势差一样时，高掺杂的掺杂浓度大，所以耗尽层宽度窄。

我觉得也可以这么理解，高掺杂就好像我们加上了正向电压，正向电压会与内部接触电场相抵消，这也是正向导通的的原理，所以浓度高，建立起的耗尽层宽度也就窄了。

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巧记pn结静电特性——hebut考试版

qq_57308351的博客

04-27

1084

为了帮助各位器件学习的初学者更好地应对考试，用最少的时间经历掌握住pn结静电特性的考核重点公式，本文在不细纠原理的前提下巧妙地将pn结静电特性中的系列核心公式与初高中数学，考研数学的基本知识进行巧妙联系，以便于读者更好地记忆重点公式。本文涉及到的内容比较基础和简单，适用于新人小白，高手请自行跳过。

模电学习第一天--PN结梳理

fcxgfdjy的博客

09-04

3891

基本概念本征半导体：纯净的、具有晶体结构的半导体两种载流子：自由电子、空穴（两种载流子均参与导电）本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象复合：电子填补空穴动态平衡：一定温度下，本征激发与复合产生的自由电子和空穴相等温度影响：热运动加剧–挣脱共价键束缚自由电子增多–空穴增多–载流子浓度提高–导电能力增强 N型半导体：自由电子浓度大于空穴浓度，前者为多子，后者为少子 P型半导体：空穴浓度大于自由电子浓度对于杂质半导体的温度影响：可以认为多子浓度约等于所掺杂质原子的浓度，且受温度影响很

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PN结中高掺杂浓度，耗尽层宽度变窄原因

m0_61857862的博客

06-21

1万+

PN结中高掺杂浓度，耗尽层宽度变窄原因

为什么PN结中高掺杂的情况下，耗尽层的宽度会更窄

2301_82178919的博客

11-13

2625

刚学的时候这个问题困扰了我很长时间，通过查阅很多资料，找到了一个相对详细且合理的解释，加上自己的一些思考，现在，算是差不多明白了，所以，写下这篇文章，为以后同样困惑于这个问题的同学提供一个思路。首先，提出这样的问题的同学，可以肯定的是你很细心，发现了这个点，但是现在的很多视频和教材解释的都比较模糊，不利于彻底理解这个问题。随着载流子的注入，耗尽层中的正负电荷得到部分中和，导致耗尽层的宽度减小。当耗尽层变窄到一定程度时，载流子的注入和扩散变得足够强，从而在PN结中形成显著的电流，这就是所谓的正向电流。

深入剖析Redis缓存穿透、击穿、雪崩：原理、解决方案与最佳实践

java2cy

04-04

849

若Key不存在，直接返回。即使查询条件无效，数据库仍可能进行全表扫描（如未命中索引），消耗大量IO资源。大量Key同时过期时，Redis的惰性删除会导致主线程频繁执行删除操作，影响吞吐量。：若预期存储100万元素，容忍3%误判率，需约700万位（约0.83MB）。（如不存在的用户ID或商品ID），导致请求直接穿透缓存层，频繁访问数据库。查询时，若所有哈希位均为1，则可能存在（可能存在误判）；：当检测到数据库压力过大时，暂时拒绝部分请求，保护系统。：即使数据库未命中，仍将空结果缓存，避免重复查询。

为何掺杂浓度越高,PN结却越窄

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weixin_42246650的博客

09-05

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首先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。 ...

为什么高掺杂半导体的耗尽层相对窄，低掺杂时耗尽层相对宽？

m0_48733506的博客

10-09

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从浓度梯度的角度来讲，高掺杂区域扩散速度快，迅速形成耗尽层，进而产生内建电场，对后续的扩散形成阻碍，所以耗尽层窄；低掺杂区域则正好相反，扩散速度慢，在耗尽层形成之前，已经有较多空穴与电子相结合，因此耗尽层区域宽。多空穴的P型半导体和多电子的N型半导体结合时，由于浓度梯度的存在，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散，而想对应的跑掉了空穴/电子的区域，则会形成带负/正电荷的耗尽区。在耗尽区中形成N指向P的电场直到受到电场作用而漂移的电子/空穴与受到浓度梯度作用而扩散的电子/空穴相抵消。

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QWQ___qwq的博客

06-19

6004

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为何掺杂浓度高的空间电荷区反而窄？

a692060的博客

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一个解释是：掺杂高的P区，较窄的区域就贡献足够的空穴，跟N区贡献出的电子相抵消另一个解释是：P型半导体中所谓的空穴，其实是电中性的；N型半导体中的自由电子是从施主杂质那里跑出来的。P型和N型紧密结合在一起形成PN结时，每有一个自由电子进入P型区域和空穴结合，就多了一个真正的负离子（那个结合了自由电子的空穴）和一个真正的正离子（那个丢掉了电子的施主杂质）。那么，这两个正负离子都存在...

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qq_52258768的博客

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P型半导体在纯净的硅晶体中掺入3价元素如硼，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半导体。在P型半导体中，空穴为多字，自由电子为少子，主要靠空穴导电。掺入的杂质越多，空穴的浓度就越大，导电性就越强。 N型半导体在纯净的硅晶体中掺入5价元素如磷，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。在N 型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，故自由电子为多子，空穴为少子。如下图： pn结的形成当P型半导体和N型半导体接合在一起的时候，由于P型半导体中空穴浓度高，而N型半导体中电子浓度高，因此会形成一个扩散运动，P型半导体中空穴会向它浓度低的地方扩散，从而扩散到N型区，N型半导体的电子也会向它浓度低的地方扩散，从而扩散到P型区。这样一来，P型区剩下不能自由移动的负离子，而N型区剩下不能自由移动的正离子，一正一负，在PN结内部形成了一个从左往右的内电场，基本上这个内电场就体现PN结的工作特性。另外有一点要说明的是，PN结只是局部带电，即P型区呈负电，而N型区呈负电，但是它们俩一中和，整体上是呈中性的。 pn结的形成原理在杂质半导体中，正负电荷数是相等的，

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m0_53721690的博客

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掺杂浓度影响PN结的宽度以及雪崩和齐纳击穿

2301_78989539的博客

09-30

4514

为什么说浓度高的一侧电场越窄，浓度低的一侧电场越宽。首先我们要知道，由于晶格结构，半导体中的离子位置是固定住的，不会像电子一样移动。为了提高P，N半导体的载流子浓度我们就需要相应的掺杂硼，磷。于是半导体里的对应的离子浓度也会提高。我们假设阻止N区多子移动需要六个负离子形成电场，阻止P区多子移动需要六个正离子形成电场，于是就形成如上图所示PN结。

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1.为什么掺杂浓度高空间电荷区窄，掺杂浓度低空间电荷区宽？首先我们要明白空间电荷区是如何形成的，空间电荷区的形成是P区的空穴和N区的电子复合形成的一块区域，这个区域几乎没有可自由移动的载流子，靠近P区的那侧耗尽区为负离子区，靠近N区的那侧耗尽区为正离子区。就是说形成空间电荷区（耗尽层）消耗的空穴和电子是一样多的。为了方便理解我们假设P区掺杂比N区要高，通俗一点说就是在横向长度相同的情况下，纵向上P区能够提供的空穴要多于N区提供的电子，所以P区和N区要提供相同数量的多子（P区多子为空穴，N区多子为

电场强度，电势以及PN结耗尽层宽度

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05-09

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qq_62779594的博客

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PN结的空间电荷区与耗尽区

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PN结加正向偏置电压其空间电荷区为何变窄

aiwanghuan5017的博客

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3596

理论基础:导体是内部具有较多可以自由移动的电荷的物体.绝缘体是内部没有或者有很少可以自由移动的电荷的物体.+代表空穴带正电-代表电子带负电两竖线之间表示无自由移动电子或空穴部分,相当于绝缘体没加电压时:P ++| |-- N当P加低电压N加高电压时,空穴会被P区的外加电压带负电荷的电极向左吸引,电子会被向右吸引.同时空穴会被N区电极向左排斥,电子会被P区电极向右排斥.又因为PN之间自...

silavo观测pn结反偏时空间电荷区宽度

最新发布

05-11

### Silavo 中 PN 结反偏时空间电荷区宽度的计算与观测 #### 理论基础在PN结处于反向偏置状态下，外加电压会使内建电场增强，导致空间电荷区进一步扩展。这种扩展可以通过理论模型来描述。对于理想情况下的PN结，空间电荷区宽度 \( W \) 的表达式如下： \[ W = \sqrt{\frac{2}{q} \left( V_{bi} + V_R \right) \left( \frac{\varepsilon_p}{N_A} + \frac{\varepsilon_n}{N_D} \right)} \] 其中： - \( q \): 电子电荷量； - \( V_{bi} \): 内建势垒电压[^1]； - \( V_R \): 外加反向电压； - \( \varepsilon_p, \varepsilon_n \): P区和N区材料的介电常数； - \( N_A, N_D \): 掺杂浓度。此公式表明，随着反向电压增加，\( W \) 将增大。 #### 实验测量方法在实际应用中，通过实验手段可以直接或间接测定空间电荷区宽度。以下是几种常见方法及其适用场景： 1. **电容-电压法 (C-V 法)** 利用电容器原理，PN结可视为一个平板电容器，其电容量随所施加的反向偏压变化而改变。具体关系为： \[ C = \frac{\varepsilon A}{W} \] 其中 \( A \) 是PN结面积，\( \varepsilon \) 是半导体材料的介电常数。通过对不同反向电压下测得的电容值进行拟合，即可推导出对应的空间电荷区宽度 \( W \)[^1]。 2. **扫描探针显微镜技术 (SPM)** 使用原子力显微镜 (AFM) 或 Kelvin 力显微镜 (KFM)，可以在纳米尺度上探测表面电位分布，进而估算耗尽层边界位置以及总宽度[^3]。 3. **光致发光谱分析** 当光线照射到PN结区域时，产生的少数载流子会在空间电荷区内复合并发射荧光信号。利用高分辨率光学成像设备捕捉这些信号强度梯度图样，则能反映局部耗尽程度及整体尺寸大小变化趋势[^2]。 4. **数值模拟仿真工具** 如果采用商业软件如 TCAD 对特定结构参数设定条件下的物理过程进行全面建模预测的话，也可以获得较为精确的结果作为对比验证依据之一。 #### 示例代码实现以下是一个基于 Python 和 SciPy 库简单演示如何根据给定数据点估计耗尽层宽度的例子: ```python import numpy as np from scipy.optimize import curve_fit def depletion_width(Vr, epsilon, NA, ND, Vbi): """Calculate the theoretical depletion width.""" return np.sqrt((2 / 1.6e-19) * (Vbi + abs(Vr)) * ((epsilon/NA) + (epsilon/ND))) # Example parameters epsilon = 11.7 * 8.854e-14 # Si relative permittivity at room temp. NA = 1e16 # Acceptor concentration per cm^-3 ND = 1e16 # Donor concentration per cm^-3 Vbi = 0.7 # Built-in potential volts. voltages = [-1,-2,-3,-4,-5] # Reverse bias voltages list in Volts. measured_capacitances = [1e-12, 0.7e-12, 0.5e-12, 0.35e-12, 0.25e-12] def cap_vs_voltage_model(voltage, w_factor): """Capacitor model function used for fitting experimental data.""" widths = depletion_width(np.array(voltages), epsilon, NA, ND, Vbi) areas = 1e-4 # Assume fixed area of junction in m² units. return epsilon*areas/(widths*w_factor) params,_=curve_fit(cap_vs_voltage_model,voltages,np.asarray(measured_capacitances)) print(f"Fitted scaling factor={params[0]}") ``` #### 注意事项需要注意的是，在真实器件制造过程中可能存在缺陷态引入额外固定界面陷阱电荷等因素干扰原始假设成立前提条件下得出结论准确性受到影响可能性存在因此需谨慎对待所得结果解释说明工作当中去。