半导体器件物理-课件-第二章全解.ppt

2.9 电荷贮存和反响瞬变 PN结二极管的开关作用： PN结二极管处于正向偏置时，允许通过较大的电流，处于反向偏置时通过二极管的电流很小，因此，常把处于正向偏置时二极管的工作状态称为开态，而把处于反向偏置时的工作状态叫作关态。可见结二极管能起到开关作用。 * 2.9 电荷贮存和反响瞬变 PN结的反向瞬变 * 2.9 电荷贮存和反响瞬变 PN结二极管的电荷贮存效应： PN结加一恒定的正向偏压时，载流子被注入并保持在结二极管中，在扩散区建立确定的非平衡少数载流子分布，这种现象称为电荷贮存效应。 注入的载流子分布： * 2.9 电荷贮存和反响瞬变 * 2.9 电荷贮存和反响瞬变 * 2.9 电荷贮存和反响瞬变 * 2.9 电荷贮存和反响瞬变 * 2.9 电荷贮存和反响瞬变 * ts降低 2.9 电荷贮存和反响瞬变 * 2.10 P-Ｎ结击穿 * 2.10 P-Ｎ结击穿 PN结击穿：当加在PN结上的反偏压增加到一定数值，再稍微增加，PN结就会产生很大的反向电流。这种现象叫做结击穿。击穿过程并非具有破坏性的，只要最大电流受到限制，它可以长期地重复。 击穿机制： 齐纳击穿：齐纳提出在高电场下耗尽区的共价键断裂产生电子和空穴，即有些价电子通过量子力学的隧道效应从价带转移到导带，从而形成反向隧道电流。齐纳击穿发生在低电压情况下，比如硅PN结低于4伏特情况下发生的击穿。 雪崩击穿：对于高电压击穿的结，例如，在硅中大部分的击穿，雪崩机制是产生击穿的原因。 * 2.10 P-Ｎ结击穿 * 电离系数：一个电子（空穴）在单位距离路程上所产生的电子-空穴对的数目称为电子（空穴）的电离系数。 2.10 P-Ｎ结击穿 * 2.10 P-Ｎ结击穿 * 例题： 计算硅单边突变结的击穿电压。 解：（ 2 - 1 - 6 ）式中 n x 换成 W ，再代入式（ 2 - 1 10 - 11 ）得到 ÷ ? ? ? è ? - - = W x B A m 1 exp e a （ 2 - 1 0 - 12 ） 注意在公式（ 2 - 1 - 6 ） ÷ ÷ ? ? ? ? è ? - = n m x x 1 e e （ 2 - 1 - 6 ） 中。最大电场在 0 = x 处，大多数雪崩倍增发生在那里。作为近似计算，可采 用级数展开以简化指数 项，并考虑到对于 x ~ 0 ，有 W x W x W x + ? + + = - 1 1 1 1 L （ 2 - 1 0 - 13 ） 把（2-10-12）和（2-10-13）式代入（2-10-14）式并求积分得到 把（2-1-5）和（2-2-1）式一起用于（2-10-14）式时，就得到雪崩击穿电压与轻掺杂一边杂质浓度的关系。 （2-10-14） * 2.10 P-Ｎ结击穿 * 2.10 P-Ｎ结击穿 * 2.10 P-Ｎ结击穿 * 通用公式： 对于硅、锗、砷化镓和磷化镓四种材料 ? ? t ? ? y ü ÷ ? ? ? è ? ′ ÷ ÷ ? ? ? ? è ? = ÷ ? ? ? è ? ÷ ÷ ? ? ? ? è ? = - - 5 2 20 5 6 4 3 16 2 3 10 3 1 . 1 60 10 1 . 1 60 a E V N E V g BL B g BS （ 2 - 1 0 - 15 ） 式中 ﹕ B N ﹦单边突变结轻掺杂一侧掺杂浓度。 BS V ﹦单边突变结雪崩击穿电压。 BL V ﹦线性缓变结雪崩击穿电压。 雪崩击穿时，空间电荷区的最高电场强度（临界电场强度）是一个重要参 数，令 MBS E 为单边突变结最高电场， MBL E 为线性缓变结的最高电场。利用外加 电压和电场强度的关系可以得出 MBS E 和 MBL E 的表示式，对于硅 N P - 结，有 t y ü ′ = ′ = 15 1 4 8 1 3 10 6 . 1 10 3 . 4 a E N E MBL B MBS （ 2 - 1 0 - 16 ） 2.10 P-Ｎ结击穿 * 2.10 P-Ｎ结击穿 * 2.5隧道电流 小结 产生隧道电流的条件： （1）费米能级位于导带或价带的内部； （2）空间电荷层的宽度很窄，因而有高的隧道穿透几率； （3）在相同的能量水平上在一侧的能带中有电子而在另一侧的能带中有空的 状态。 当结的两边均为重掺杂，从而成为简并半导体时，（1）、（2）条件满足。外加偏压可使条件（3）