第六章pn结二极管IV特性.ppt

第六章 pn结二极管：I-V特性 6.1理想二极管方程 将二极管电流和器件内部的工作机理，器件参数之间建立定性和定量的关系。 6.1.1 定性推导： 分析过程，处理方法 6.1.2定量推导： 建立理想模型-写少子扩散方 程，边界条件-求解少子分布函数-求扩散电流-结果分析。分析实际与理想公式的偏差 6.2 与理想情况的偏差 分析存在那些偏差与造成偏差的原因  1.热平衡状态 3.反向偏置： 势垒高度变高，n型一侧几乎没有电子能越过势垒进入p区，p区一侧有相同数目的电子进入耗尽层扫入n区，形成少子漂移流，同理n区的空穴漂移形成IP，因与少子相关，所以电流很小，又因为少子的漂移与势垒高度无关，所以反向电流与外加电压无关。 6.1.2 定量求解方案 (5) 忽略耗尽区内的产生与复合，即认为 电子、空穴通过势垒区所需时间很短，来不及产生与复合，故通过 势垒区的电流为常数。 方法步骤： （1）扩散方程 （2）边界条件 （3）求解方程得到少子分布函数表达式 （4）由少子分布函数求出流过pn结的电流 欧姆接触边界条件 （4）载流子电流 （4）载流子浓度 6.2 与理想情况的偏差 6.2 与理想情况的偏差 2、反向偏置的击穿 当反向电流超过允许的最大值（如1mA或1?A）时对应的反向电压的绝对值称为击穿电压VBR. 对于p+n和n+p突变结二极管中，击穿电压主要由轻掺杂一边的杂质浓度决定 雪崩击穿和齐纳击穿 齐纳击穿 齐纳击穿 齐纳击穿 二极管的耗尽层宽度小于10-6cm，轻掺杂一侧的杂质浓度高于1017cm,齐纳过程比较显著，对应的二极管的击穿电压比较小，当VBR6Eg/q,齐纳过程对二极管的击穿电流有明显贡献，当VBR4Eg/q,齐纳过程起主导作用。 雪崩击穿电压随温度升高而增加 齐纳击穿占主导时，击穿电压随温度升高而减小。 p-n结平衡时，势垒区复合中心的产生率等于复合率 （1）反向时，势垒区电场加强，耗尽层中载流子的浓度将会下降低于平衡值，导致耗尽层中电子-空穴的产生，复合中心产生的电子、空穴来不及复合就被强电场扫出势垒区，形成产生电流IG-R, 因此增大了反向电流 IG-R随反向电压增加而增加，总反向电流IR=Is+IG-R 势垒区宽度W随反向偏压的增加而变宽，所以势垒区产生的电流是不饱和的，随反向偏压增加而缓慢地增加。 （2）在正向偏压时，耗尽层内的载流子浓度高于其热平衡值，导致耗尽区载流子的复合。而形成正向复合电流IG-R 总的正向电流密度IF= IR-G+IDIFF。 当V小时，IR-G占主要地位（a段）；当V大时，扩散电流占主要地位（b 段） （3） 当正向偏压比较大时，注入的少子浓度可以相当大，以至 ?pn(xn)? nn0 ? pp(-xp)?pp0 接近或超过原多子浓度。 由于介电驰豫作用，要保持电中性，也有同样浓度的多子积累： ?pn(xn)= ?nn(xn) ; ? pp(-xp)= ? np(-xp) 注入的非平衡载流子向体内扩散，但由于电子和空穴的扩散系数不同，又破坏了电中性，在扩散区内产生自建电场，此自建场一方面阻挡扩散得快的电子运动，同时又加快扩散得慢的空穴的运动，从而使两者的浓度梯度基本保持一致。 扩散区内的自建电场的形成，也就使扩散区 内存在一定的电压降Vp和Vn ,这一电压降实际上就使真正落在耗尽区的正向电压V减少为VJ=V-Vp-Vn,从而使正向电流比理想情况下电流小 注入越大，VJ减小得越厉害，其具体计算可得 IF?exp(qV/2kT) 在势垒区和扩散区之外的电中性区，实际总存在一定的串联电阻Rs，因此当外加电压加在p-n结之后，会有一定的电压降IRs,所以加在势垒区的电压为V-IRs,从而使p-n结的正向电流比理想情况减小，如果Rs较大，则当电流很大时，IRs=V,这时p-n结的正向I-V特性就近似于线性了。 减小Rs的方法是尽量减小中性区的厚度，外延生长结能比较好地解决此问题。 作业6.11 热平衡 耗尽层边界 小注入条件成立： 少子在准中性区的分布 击穿 Si pn结的I-V特性曲线 1。理想理论与实验的比较 耗尽层中载流子的复合和产生 理想电流-电压方程与小注入下Ge p-n结的实验结果符合较好， 与Si和GaAs p-n结的实验结果偏离较大。 实际p-n结的I-V特性： （1）正向电流小时，实验值远大于理论计算值，曲线斜率q/2kT （2）正向电流较大时，实验值比理论计算值小（c段） （3）正向电流更大时，J-V关系不是指数关系，而是线性关系 （4）反