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标题: 什么是“空间电荷效应” [打印本页]

作者: qwerty31141 时间: 2016-10-25 09:32
标题: 什么是“空间电荷效应”
   什么是“空间电荷效应”？请各位看看下面的内容吧。

   什么是空间电荷?

   空间电荷（Space charge）是一个概念，它把多余的电荷（electric charge)视为连续的电荷分布在一个区域空间而不是只在一个电荷点上.这种解释通常运用在当电荷及载流子（carriers）以电子云的方式扩散在固体区域的时候——载流子的充分扩散形成一个空间电荷区，也可解释为在固体中的带电原子或分子遗留的空间电荷区域形成一个空间电荷区。空间电荷效应通常只发生在电介质（包括真空）中，因为在导电介质中，电荷会迅速中和或屏蔽。存在于半导体内部局部区域的剩余电荷即为空间电荷。例如p-n结界面附近处的势垒区，其中就有空间电荷，并从在势垒区中产生出相应的内建电场。空间电荷包含有电离的施主、受主杂质中心的电荷以及载流子（电子和空穴）的电荷。在载流子被内建电场驱赶出空间电荷区——耗尽的近似情况下，空间电荷就只是电离杂质中心的电荷；这时，对于n型半导体，空间电荷主要是电离施主中心的电荷（正电荷）；对于p型半导体，空间电荷则主要是电离受主中心的电荷（负电荷）。一般，空间电荷密度ρ为 ρ = q(p-n+Nd-Na) 。

   空间电荷效应

   当金属物体放在真空并且加热到白炽化，其能量足以使电子远离其表面的原子且可以用自由电子云包围金属物体。这就是所谓的热电子扩散（thermionic emission）。由此产生的负电荷可以被任何附近的带正电荷吸引，从而产生通过真空的电流。
空间电荷可以导致一系列的现象，值得一提的是：

   1电流密度和空间非均匀性的组合。
   2介电质中种类的离子化形成异号电荷。
   3电荷从电极和从应力注入增强
   4结构中的极化，例如“水树”（water tree）。

   在偏压等外界作用下，在空间电荷区中，载流子的浓度可能超过或者少于其平衡载流子浓度。例如，对于n-p结，空间电荷区主要在p型一边（其中的空间电荷基本上都是电离受主的负电荷）；当加上正向电压时，即有大量电子注入、并通过空间电荷区，则这时在空间电荷区中的电子浓度将超过平衡电子浓度，有np>nopo=ni2；相反，当加上反向电压时，空间电荷区中的电场增强，驱赶载流子的作用更大，则这时在空间电荷区中的电子浓度将低于平衡电子浓度，有np<nopo=ni2。

   此外，如果空间电荷区中存在复合中心的话，那么，当正偏时，np>nopo=ni2，则将发生载流子复合现象，就会增加一部分正向复合电流；当反偏时，np<nopo=ni2，则将发生载流子产生现象，就会增加一部分反向产生电流。这种复合电流和产生电流，在Si p-n结中是经常出现的一种非理性的电流，也是影响BJT性能的重要不良因素。当注入到空间电荷区中的载流子浓度大于平衡载流子浓度和掺杂浓度时，则注入的这些载流子即成为了空间电荷的主要成分，于是整个空间电荷及其产生的电场分布即由载流子来控制，这就是空间电荷效应。在轻掺杂半导体中，因为电离杂质中心浓度很小，则更容易出现空间电荷效应，甚至在耗尽区以外也可以出现这种效应。

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