第一章pn结讲述.ppt

正向p-n结中电流成分的转换即少子扩散电流转换为多子复合电流的过程 通过p-n结的总电流是恒定的，但各处的电流成分不同 势垒区：两种电流成分，均保持不变（近似），注入的电子电流和空穴电流 扩散区：两种电流成分，相互转换，少子扩散电流转换为多子复合电流 中性区：一种电流成分，多子电流，包括注入电流和复合电流 正向时，势垒区和扩散区形成复合电流， 反向时，形成势垒产生电流。 势垒产生电流IG正比于ni，扩散电流ID正比于ni2， ni越小，IG相对ID越大 室温下，硅结以IG为主，锗结以IRD为主 锗结ni较大，故其I-V特性饱和，而硅结不饱和 随温度升高，ni增大，故反向饱和电流（扩散电流）随温度升高而增加更快 三、温度对p-n结电流、电压的影响 1 对反向饱和电流的影响 2 对势垒产生电流的影响 3 对正向电流的影响 4 对p-n结电压的影响 p-n结形状的影响 p-n结端面形状的影响 高阻层厚度的影响 表面状态的影响 其它因素的影响 p-n结形状的影响 p-n结端面形状——磨角的影响 高阻层厚度的影响 表面状态的影响 其它因素的影响 p-n结形状的影响 p-n结端面形状——磨角的影响 高阻层厚度的影响 表面状态的影响 其它因素的影响 / § 1.5 p-n结击穿 一、 击穿机理分析 1、电击穿 2、热击穿 二、雪崩击穿条件 1、雪崩碰撞电离率及倍增因子 2、雪崩击穿条件 三、雪崩击穿电压及其影响因素 1、突变结的雪崩击穿电压 2、线性缓变结的雪崩击穿电压 3、扩散结的雪崩击穿电压 4、影响雪崩击穿电压的因素 5、几种不正常的击穿特性 四、击穿现象的应用----稳压二极管 一、 击穿机理分析 加在p-n结上的反向电压超过一定限度时反向电流突然剧增的现象称为p-n结击穿，与之对应的反向电压称为击穿电压，记为VB。 热击穿 电击穿 雪崩击穿 隧道击穿 p-n结击穿 强反偏 强电场 载流子加速 积累能量 与晶格碰撞 激发价电子 电子空穴对 雪崩倍增效应 隧道击穿是由隧道效应引起的电流剧增。通常发生在p区和n区掺杂浓度都很高的p-n结中。当很高的反向偏压作用在两侧掺杂浓度都很高(xm小)的p-n结上时，有可能使p区的价带顶高于n区的导带底。此时p区部分价带电子的能量高于n区导带电子 的能量。p区价带电子将按一定的几率穿透势垒到达n区导带，形成反向电流——隧道电流。这种效应称为隧道效应。由这种效应引起的击穿称为隧道击穿。 图1-48 隧道效应示意图 图1-49 雪崩倍增过程示意图 两种击穿形式的比较 相同点：电压微小增加，电流剧增——击穿特性 非破坏性可逆击穿 不同点：1、机理不同 2、隧道击穿要求高反压、窄势垒，故发生在重掺结中 雪崩击穿要求高场强、宽势垒，发生在低掺杂结中 3、小于4Eg/q为隧道击穿，大于6Eg/q为雪崩击穿，两者 之间两种机制并存 4、温度影响：随温度升高，晶格振动加剧，平均自由程减小 禁带宽度减小，隧穿几率上升 故雪崩击穿电压有正温度系数，隧道击穿电压有负温度系数 5、光照、快速粒子轰击等增加参与倍增载流子数，使雪崩击穿 电压下降，而对隧道击穿电压无影响 热击穿 由于热效应引起的p-n结的破坏性击穿 电流 热损耗 结温上升 电流上升 电流剧增 p-n结击穿 本征激发 二、雪崩击穿条件 1、雪崩碰撞电离率及倍增因子 定义雪崩碰撞电离率?：一个载流子在电场作用下漂移单位距离所能碰撞电离产生的电子空穴对数。 描述载流子碰撞电离的能力 有?n、 ?p之分 对电场强度有强烈的依赖关系 有效电离率近似 定义倍增因子M：发生雪崩倍增后的反向电流I与未发生雪崩倍增时的反向电流I0之比，即M=I/I0。描述载流子倍增程度的强弱。 2、雪崩击穿条件 图1-51 碰撞电离示意图 （箭头所指为载流子流动方向） 2、雪崩击穿条件 未发生雪崩时，反向电流密度： 发生雪崩时，在 区间： 流入dx薄层： 电子流密度jn(x) 空穴流密度jp(x+dx) 在dx中倍增后，流出dx薄层： 电子流密度jn(x+dx) 空穴流密