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PN结雪崩击穿与耗尽层电场分布：器件物理仿真

共计 30 章节

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半导体物理基础

能带理论 · 载流子（电子与空穴） · 本征半导体与掺杂半导体

半导体物理基础能带理论

PN结的平衡状态

内建电势的形成 · 空间电荷区（耗尽层）的建立 · 能带弯曲

PN结的平衡状态

耗尽层近似与泊松方程

耗尽层近似的基本假设 · 一维泊松方程的推导与边界条件

耗尽层近似泊松方程

突变结的电场分布

单边突变结（P+N或N+P）的电场线… · 最大电场Em的表达式

突变结的电场分布P+N

线性缓变结的电场分布

杂质浓度梯度对电场分布的影响 · 抛物线型电场分布模型

线性缓变结的电场…杂质浓度梯度对电…

耗尽层宽度与外加电压

零偏 · 正偏 · 反偏下的耗尽层宽度变化公式推导

耗尽层宽度外加电压

PN结的电容-电压特性

势垒电容（耗尽层电容）的物理起源 · C-V特性与掺杂分布的关联

PN结的反向偏置特性

反向饱和电流的物理机制 · 理想二极管方程在反偏下的表现

PN结的反向偏置特性

雪崩击穿的物理机制

载流子碰撞电离 · 倍增因子M与电离率积分（Ioniza…

雪崩击穿的物理机…载流子碰撞电离

碰撞电离率模型

Chynoweth经验公式 · Fulop模型 · 不同半导体材料（Si

碰撞电离率模型Chynoweth

雪崩击穿条件

电离率积分等于1的数学判据 · 击穿电压V_B的定义

雪崩击穿条件电离率积分等于1…

单边突变结的击穿电压

击穿电压与掺杂浓度N_B · 临界电场E_c的解析关系

单边突变结的击穿…击穿电压

线性缓变结的击穿电压

击穿电压与杂质浓度梯度的关系 · 临界电场的影响

线性缓变结的击穿…击穿电压

临界电场E_c的确定

临界电场与禁带宽度的关系 · 温度对临界电场的影响

临界电场E_c的…临界电场

温度对雪崩击穿的影响

声子散射对电离率的影响 · 击穿电压的正温度系数

温度对雪崩击穿的…声子散射对电离率…

齐纳击穿与雪崩击穿的区分

隧穿效应与碰撞电离的竞争 · 击穿电压小于4V与大于7V的判据

齐纳击穿雪崩击穿的区分

雪崩击穿中的空间电荷效应

大电流下电场分布的畸变 · 有效电离率的修正

雪崩击穿空间电荷效应

功率器件的击穿电压设计

场限环（Field Plate） · 场板（Field Ring） · 结终端扩展（JTE）技术

功率器件的击穿电…Field

超结（Superjunction）原理

电荷平衡理论 · 降低导通电阻与提高击穿电压的权衡

Superjunctio…超结

雪崩击穿与SOA（安全工作区）

雪崩能量EAS · 雪崩电流I_AV · 失效机制

SOA雪崩击穿

数值仿真基础

有限差分法求解泊松方程 · 牛顿迭代法处理非线性

数值仿真基础有限差分法求解泊…

Silvaco TCAD仿真入门

Atlas语法 · 网格定义 · 材料与掺杂定义

Sentaurus TCAD仿真入门

结构编辑器（SDE） · Mesh · SDevice仿真流程

Python仿真框架搭建

使用NumPy/SciPy求解一维泊… · 迭代求解耗尽层电场

Python仿真框架搭建

突变结电场与耗尽层宽度计算 · 输出电场分布图与击穿电压

线性缓变结电场与击穿电压计算 · 输出电场分布与击穿电压

电离率积分与击穿判据 · 自动寻找击穿点

温度依赖性分析：修改电离率模型参数 · 观察击穿电压随温度的变化

仿真结果可视化

Matplotlib绘制电场分布 · 耗尽层边界 · 击穿电压曲线

仿真结果可视化Matplotlib

课程总结与前沿展望

宽禁带半导体（GaN · SiC）的雪崩特性 · 未来器件设计趋势

课程总结前沿展望