本推文包含兩個部分，一個是雪崩擊穿和碰撞電離的關系，一個是光電器件仿真簡介。旨在提倡用理論知識去指導仿真，和通過仿真結果反過來加深對理論理解的重要性。

PART 01

雪崩擊穿和碰撞電離

到底什么是電荷平衡呢

我們知道，在摻雜為硼（B）和磷（P）的P+N-結中，由于濃度差，P+區(qū)的空穴會擴散到N-區(qū)，在P+區(qū)留下不可移動的負電荷硼離子（B-），N-區(qū)的電子會擴散到P+區(qū)，在N-區(qū)留下不可移動的正電荷磷離子（P+），所以在P+N-結兩邊形成由N-區(qū)指向P+區(qū)的內(nèi)建電場，電子會在內(nèi)建電場的作用下從P+區(qū)漂移到N-區(qū)，空穴在內(nèi)建電場的作用下從N-區(qū)漂移到P+區(qū)，載流子漂移運動與擴散運行的方向相反，當達到動態(tài)平衡時稱為平衡態(tài)，在P+N-結兩邊形成的空間電荷區(qū)稱為勢壘區(qū)，或耗盡區(qū)。假設空間電荷區(qū)內(nèi)的自由載流子已完全擴散掉,即完全耗盡電離雜質構成空間電荷區(qū)內(nèi)電荷的唯一來源，P區(qū)耗盡區(qū)中的空間電荷密度為-qNA，N區(qū)耗盡區(qū)中的空間電荷密度為qND 。與此相對應的是，在耗盡區(qū)以外的半導體中可以采用“中性近似”，即認為耗盡區(qū)以外區(qū)域中的多子濃度仍等于電離雜質濃度，因此這部分區(qū)域保持了完全的電中性，所以耗盡區(qū)以外的區(qū)域又可稱為“中性區(qū)”。載流子漂移和擴散運動形成的耗盡區(qū)，在P+N-二極管兩端施加反向電壓時，圖中A區(qū)的電子會被抽取回陰極，B區(qū)的空穴會被抽取回陽極，會使該耗盡層展寬。假設A區(qū)抽取回n個電子，留下n個磷離子，為了維持電中性，即電荷平衡，從B區(qū)也要相應抽取回n個空穴，留下n個硼離子，所以耗盡區(qū)也稱為等離子區(qū)（Plasma）。由于P+區(qū)為重摻雜，N-區(qū)為輕摻雜，所以要想抽取等量的載流子，或留下等量的不可移動的電荷，N-區(qū)的耗盡層比P+區(qū)的耗盡層更寬。電荷平衡在分析PN結耐壓、超結結構電場分布、斜面終端表面耗盡層展寬等方面具有重要意義。

此外，通過公式也可以對電荷平衡理論進行解釋，根據(jù)式

可知，N區(qū)耗盡區(qū)與P區(qū)耗盡區(qū)中電荷量的大小相等，而且摻雜濃度越高，耗盡區(qū)就越薄。所以耗盡區(qū)主要分布在低摻雜的一側，耗盡區(qū)寬度與最大電場強度也主要取決于低摻雜一側的摻雜濃度。低摻雜一側的摻雜濃度越低,則耗盡區(qū)越寬，最大電場強度越小。

碰撞電離峰值點和電場峰值點重合嗎

碰撞電離在結構圖上的峰值點和電場的峰值點并不一定是完全重合的，碰撞電離只是與電場有著密切的依賴關系，電場最大的位置代表的是自由電子在該處受到的電場力最大，而能夠撞擊價鍵產(chǎn)生電子空穴的電子需要具備足夠的速度、動能來破壞價鍵，引發(fā)雪崩效應，所以足夠強的電場是因，發(fā)生碰撞電離是果，載流子受到電場力最大的位置并非是引發(fā)雪崩的位置，二者并不一定是重合的關系。

PART 02

光電器件仿真

光電器件基本仿真

光電器件是半導體器件的一個重要研究領域，其可以實現(xiàn)光與電之間相互轉化。當光照射反偏的PN結二極管耗盡區(qū)時，PN結在光激發(fā)下產(chǎn)生電子空穴對，在反向電場作用下，電子移動至陰極，空穴移動至陽極，二極管的反向漏電增加。光電二極管探測器就是利用這一原理，通過觀測漏電來計算光照強度等光學參數(shù)。

光脈沖仿真

光電器件的仿真中有一種運用較為廣泛的模式是在一段時間內(nèi)有光照，一段時間內(nèi)沒有光照，從而查看器件在有光照和沒有光照條件下的漏電流大小，……。

由于仿真命令和仿真過程不便于公開，所以這里不進行展示。