22PN结的直流电流电压方程.ppt

对于薄基区二极管，WB Lp ，利用近似公式 ， ( |u| 1 时) ，得 上式对正、反向电压都适用。类似地可得 P 区中的非平衡少子分布 ?np(x) 的表达式。薄基区二极管中的少子分布图为 当 WB Lp 时的空穴扩散电流密度为 与厚基区二极管的扩散电流密度公式相比，差别仅在于分别用 WB 、WE 来代替 Lp 、Ln 。 当 WE Ln 时的电子扩散电流密度为 平衡状态下载流子浓度表达式 少子浓度 非平衡状态下势垒区两旁载流子浓度表达式 说明：当 PN 结有外加电压 V 时，1.中性区与耗尽区边界处的少子浓度等于平衡时的少子浓度乘以 exp (qV/kT ) 。2. PN 结的P区、N 区内均存在过剩少数载流子。 多子浓度 多子浓度 少子浓度 例 3 施加正向电压时， 求PN结空间电荷区边缘处少子 空穴浓度。已知：T=300K时，硅PN结的掺杂浓度 说明：当 PN 结有外加正向电压 V 时，中性区与耗尽区边界处的少子浓度可以增加几个数量级，但仍与多子浓度小得多，仍满足小注入。 2.2.3 扩散电流 确定少子浓度的边界条件，少子浓度表达式 中性区内非平衡少子浓度分布 少子电流密度方程，即可得到少子扩散电流 ( Jdp 与 Jdn ) 思 路 假设中性区的长度远大于少子扩散长度，则根据结定律可得 少子浓度的边界条件 为 也可用小注入浓度表示 非平衡少子边界条件 1、少子浓度的边界条件 外加正向电压且 V kT/q ( 室温下约为 26 mV ) 时，非平衡少子的边界条件是 外加反向电压且|V| kT/q 时，非平衡少子的边界条件是 直流情况下 ，又因 ，故可得 由第一章的式（1-23，p5），N 区中的空穴扩散方程为 式中， ，称为空穴的 扩散长度，典型值为 10 ?m 。 （1-23） 2、中性区内的非平衡少子浓度分布 P 区内的非平衡少子电子也有类似的分布，即 当 N 区足够长 ( Lp ) 时，利用 ?pn(x) 的边界条件可解出系数 A、B，于是可得 N 区内的非平衡少子空穴的分布为 扩散方程的通解为 2.外加正向电压时 PN 结中的少子分布图 P区 N区 注入 N 区后的非平衡空穴，在 N 区中 一边扩散一边复合，其浓度随距离作指数式衰减。衰减的特征长度就是空穴的扩散长度 Lp 。每经过一个 Lp 的长度，非平衡空穴浓度降为 1/e 。 P区 N区 外加反向电压时 PN 结中的少子分布图 N 区中势垒区附近的少子空穴全部被势垒区中的强大电场拉向 P 区， 所以空穴浓度在势垒区边界处最低，随距离作指数式增加，在足够远处恢复为平衡少子浓度。减少的空穴由 N 区内部通过热激发产生并扩散过来补充。 假设中性区内无电场，所以可略去空穴电流密度方程中的漂移分量，将上面求得的 ?pn(x) 同理，P 区内的电子扩散电流密度为 （2-52a） （2-52b） 3、扩散电流 代入空穴扩散电流密度方程，得 N 区内的空穴扩散电流密度为 PN 结总的扩散电流密度 Jd 为 结论： 正向电压下，电流方向： 根据假设条件，电子电流、空穴电流分别为连续函数，且为常量，扩散电流密度 Jd 也为连续函数、常量 Jd称为理想二极管方程，描述PN 结电流电压特性 当 V = 0 时，Jd = 0 当 V kT/q 时， 当 V 0 且 |V| kT/q 时，Jd = -J0 I V I0 0 PN 结二极管电流电压特性 室温下硅 PN 结的 J0 值约为 10-10A/cm2 的数量级。 由于当 V 0 且 |V| kT/q 后，反向电流达到饱和值 I0 ，不再随反向电压而变化，因此称 I0 为 反向饱和电流 。 J0 乘以 PN 结的结面积 A ，得 4、反向饱和电流 对 J0 的讨论 与材料种类的关系：EG↑，则 ni↓，J0↓； 与掺杂浓度的关系：ND 、NA↑，则 pn0 、np0↓，J0↓， 主要取决于低掺杂一侧的杂质浓度；