基本介紹
- 中文名：半導體中的雪崩倍增效應
- 所屬學科：物理
- 所屬領域：電學
- 套用領域：術語
正文
在強電場下，半導體中的載流子會被電場加熱（見半導體中的熱載流子），部分載流子可以獲得足夠高的能量，這些載流子有可能通過碰撞把能量傳遞給價帶上的電子，使之發生電離，從而產生電子-空穴對,這種過程稱為碰撞電離。所產生的電子空穴對，在電場中向相反方向運動，又被電場加熱並產生新的電子空穴對。依此方式可以使載流子大量增殖,如圖1所示。這種現象稱為雪崩倍增效應。
圖2給出了室溫下由實驗測量得到的幾種半導體中電子電離率和空穴電離率隨電場強度的變化。電離率通常可用下列經驗公式表示
半導體中的雪崩倍增效應
圖2給出了室溫下由實驗測量得到的幾種半導體中電子電離率和空穴電離率隨電場強度的變化。電離率通常可用下列經驗公式表示
半導體中的雪崩倍增效應α=A,
式中為電場強度和為常數。
半導體中的雪崩效應是引起pn結擊穿的一種機制。加反向偏壓的PN結，其空間電荷區內有很強的電場。在反向偏壓足夠高，空間電荷區內電場足夠強時，熱生載流子在通過強電場區時會產生雪崩倍增效應。於是反向電流會隨反向電壓迅速增加，這種現象稱為雪崩擊穿。對於矽、鍺的PN結,當擊穿電壓大於6/時（是禁頻寬度，是電子電荷），擊穿由雪崩效應引起,而當擊穿電壓小於4/時,擊穿由另一種效應,即隧道效應所引起。
在雪崩機制中，電流的倍增不僅決定於電離率的大小（或與之相聯繫的電場強度），而且決定於能有效產生碰撞電離的空間電荷區的寬度。雪崩擊穿電壓通常隨溫度的上升而增加。
當PN結髮生雪崩擊穿時，通常伴隨著發光現象，所發射光子的能量可以顯著地超過禁帶能量。
如果在金屬－絕緣體－半導體系統的柵上施加高的脈衝電壓（例如對由P型半導體所構成的MIS結構施加正柵壓）也會在半導體表面產生雪崩效應。這時半導體表面層呈深耗盡狀態。在表面電場足夠高時，在耗盡層中流動的熱生載流子會產生雪崩倍增效應。
對於包含PN結的半導體器件，一般說來，雪崩倍增效應是個限制性因素。但也可以利用此效應來製作某些器件,如碰撞雪崩渡越二極體及雪崩注入MOS非易失性存儲元件。
半導體中的雪崩倍增效應
半導體中的雪崩效應是引起pn結擊穿的一種機制。加反向偏壓的PN結，其空間電荷區內有很強的電場。在反向偏壓足夠高，空間電荷區內電場足夠強時，熱生載流子在通過強電場區時會產生雪崩倍增效應。於是反向電流會隨反向電壓迅速增加，這種現象稱為雪崩擊穿。對於矽、鍺的PN結,當擊穿電壓大於6/時（是禁頻寬度，是電子電荷），擊穿由雪崩效應引起,而當擊穿電壓小於4/時,擊穿由另一種效應,即隧道效應所引起。
在雪崩機制中，電流的倍增不僅決定於電離率的大小（或與之相聯繫的電場強度），而且決定於能有效產生碰撞電離的空間電荷區的寬度。雪崩擊穿電壓通常隨溫度的上升而增加。
當PN結髮生雪崩擊穿時，通常伴隨著發光現象，所發射光子的能量可以顯著地超過禁帶能量。
如果在金屬－絕緣體－半導體系統的柵上施加高的脈衝電壓（例如對由P型半導體所構成的MIS結構施加正柵壓）也會在半導體表面產生雪崩效應。這時半導體表面層呈深耗盡狀態。在表面電場足夠高時，在耗盡層中流動的熱生載流子會產生雪崩倍增效應。
對於包含PN結的半導體器件，一般說來，雪崩倍增效應是個限制性因素。但也可以利用此效應來製作某些器件,如碰撞雪崩渡越二極體及雪崩注入MOS非易失性存儲元件。
半導體中的雪崩倍增效應