文档介绍：
目录
半导体
PN结
扩散
电池效率的损失
扩散与栅线设计
扩散与烧结
第一页，共40页。
在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。
第七页，共40页。
结
能带图和光伏效应
基本概念
能级：电位能的级别。
能带：大量的能级形成能带。
价带：在绝对零度下能被电子占满的最高能带，全充满的能带中的电子不能再固体中自由运动。
导带：自由电子形成的能量空间。即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。
费米能级：该能级上的一个状态被电子占据的几率为1/2，用来衡量系统能级的水平。
第八页，共40页。
结
能带图和光伏效应
费米原理和费米能级
一般而言，电子占据各个能级的几率是不等的。占据低能级的电子多而占据高能级的电子少。统计物理学指出，电
子占据能级的几率遵循费米统计规律：在热平衡状态下，能量为E的能级被一个电子占据的几率为：
f(E)称为电子的费米分布函数，k、T分别为玻尔兹曼常数和绝对温度，EF称为费米能级。
只要知道EF的数值，在一定温度下，电子在各量子态上的统计分布就完全确定了。
在一定的温度下，费米能级附近的部分能量小于EF的电子会被激发到EF以上，温度越高，被激发的概率越大。
第九页，共40页。
结
能带图和光伏效应
费米原理和费米能级
当E-EF＞5kT时，f(E)＜
当E-EF＜-5kT时，f(E)＞
k≈ x 10-23J/K
在参杂半导体中，如果是N型半导体，由于电子占据导带的几率较大，则EF的位置上移靠近导带底，如果是P型半导体，EF下移靠近价带顶。
参杂很重时，EF可以进入导带和价带。
第十页，共40页。
结
能带图和光伏效应
能带图
第十一页，共40页。
结
I
Rs
RL
Rsh
IL
V
IF
电池工作时共有三股电流：光生电流IL，在光生电压V作用下的pn结正向电流IF，流经外电路的电流I， IL和IF都流经pn结内部，方向相反。
根据pn结整流方程，在正向偏压V作用下，流过结的正向电流为
IF= Is[exp(qV/koT)-1]
电池与负载联通，流过负载的电流为
I=IL-IF=IL- Is[exp(qV/koT)-1]
由上式可得
V=(koT/q)ln[(IL-I)/IS+1]
等效电路图
第十二页，共40页。
结
合金结：熔化合金→ 再结晶（杂质分凝）→ 形成p-n结。
生长结 ：拉制单晶；CVD；MBE。生长晶体时改变掺杂型号.
扩散或离子注入结：在衬底中掺入反型杂质（杂质补偿）。
高温扩散的概念：扩散机理有替位式扩散（例如硼、磷等在Si中的扩散）和间隙式扩散（如金在Si中的扩散）。杂质替位式扩散的速度慢，扩散温度高（800 oC~1200 oC），间隙式扩散的速度很快（在1000 oC下10分钟就可扩散200 ~ 300 μm的深度），扩散温度较低一些800 oC~1050 oC）。
替位式扩散
间隙式扩散
制备方法
第十三页，共40页。
假定在无对流液体（或气体）稀释溶液中，按一维流动形式，每单位面积内的溶质传输可由如下方程描述：
(1)
式中J是单位面积溶质的传输速率（或扩散通量），N是溶质的浓度，假定它仅仅是x和t的函数，x是溶质流动方向的坐标，t是扩散时间，D是扩散系数。(1)式称为Fick扩散第一定律。它表明物质按溶质浓度减少的方向（梯度的负方向）流动。
根据质量守恒定律，溶质浓度随时间的变化必须与扩散通量随位置的变化一样，即：
(2)
扩散定律
第十四页，共40页。
将(1)式带入(2)式，得到一维形式的Fick第二定律：
(3)
溶质浓度不高时，扩散系数可以认为是常数，(3)式便成为：
(4)
上式称为简单的Fick扩散方程。
扩散定律
第十五页，共40页。
恒定表面浓度扩散
杂质原子由气态源传送到半导体表面，然后扩散进入半导体硅晶片，在扩散期间，气态源维持恒定的表面浓度。
初始条件：t=0时，N(x,0)=0；
边界条件： N(0,t)=Ns ， N(∞ ,t)=0；
解扩散方程，得
——余误差分布
扩散方式
第十六页，共40页。
式中， ――特征扩散长度（um)；
Ns= NSi(杂质在Si中的固溶度)；
erf(x)—误差函数（error function);
erfc(x)—余误差函数(complementary error function