第八章PN结二极管讲述.ppt

第八章 PN结二极管 2014年11月7 8.4结击穿 8.2 PN结的小信号模型 扩散电导： 扩散电容： Ip0为空穴扩散电流的直流成分 In0为电子扩散电流的直流成分 * 8.2 PN结的小信号模型 8.2.3等效电路 扩散电阻 扩散电容 势垒电容 电中性的p区与n区内的阻值rs * 8.2 PN结的小信号模型 8.2.3等效电路 * 8.3产生复合电流 8.3.1反偏产生电流 空间电荷区内： * 在推导理想的电流-电压关系时，忽略了空间电荷区内的一切效应，但由于空间电荷区内其他电流成分，实际pn结的I-V 特性会偏离其理想表达式。 P214例8.7 8.3产生复合电流 8.3.2正偏复合电流 正偏复合电流： n区注入p区的电子和从p区注入n区的空穴在势垒区内复合了一部分，形成复合电流。 * 8.3产生复合电流 8.3.3总正偏电流 总正偏电流 * 8.3产生复合电流 8.3.3总正偏电流 J小时复合主导 J大时扩散主导 一般状况下，二极管的电流电压关系： n为理想因子。 正偏电压较大：n≈1 正偏电压较小：n≈2 过渡区内：1n2 * 8.4 结击穿 齐纳击穿和雪崩击穿 * pn结击穿：对pn结加的反向电压增大到某一数值时，反向电流突然开始 迅速增大，这种现象称为pn 结击穿。 1、齐纳击穿（隧穿击穿） 齐纳击穿：是一种量子效应，它通常发生在pn结两侧掺杂浓度较高的情况下，且齐纳击穿电压较低。 齐纳击穿电压具有负温度系数。 2、雪崩击穿 实质是载流子与晶格原子碰撞使之电离。当pn结外加反向偏压足够高使得势垒区内场强超过临界电场时，载流子受到加速并获得足够大的动能，它们与晶格原子发生碰撞，把电子从共价键中“打”出来，产生一个电子---空穴对…… 雪崩击穿与电场强度和势垒区宽度有关（正比）； 此种击穿VB电压随温度升高而提高，即VB具有正温度系数。 8.4 结击穿 电流倍增 Mn为倍增因子 * 8.4 结击穿 低浓度雪崩，高浓度隧穿 * 8.6隧道二极管 * n区与p都为简并掺杂的pn结称为隧道二极管。 随掺杂浓度的增加，耗尽区的宽度会减少，因而区内的电场很强，电子穿过禁带的概率就很大。 8.6隧道二极管---正偏 EFn EFp EFn EFp EFn EFp EFn EFp EFn EFp * P区与n区相同的量子态 8.6隧道二极管---反偏 * 任何反偏电压均会形成隧穿电流。 本章小 结 PN结二极管在外加电压不为零时，结内电荷流动的定性描述；正偏与反偏条件下的能带图；过剩少子的产生； 理想二极管中的电流电压关系的推导方法及其温度效应。 短二极管。 PN结的小信号模型、等效电路。 产生复合电流。 结击穿 * 本 章 作 业 * P226复习题3,6 8.6 8.33 8.38 第八章PN结二极管 8.1 PN结电流 8.2 PN结的小信号模型 8.3 产生、复合电流 8.4 结击穿 8.6 隧道二极管 * 本章主要学习PN结在外加正向偏置电压条件下，PN结的电流---电压特性。 8.1 PN结电流　　　8.1.1定性描述 * 图8.1(a)零偏；(b)反偏；(c)正偏条件下的pn结及其对应的能带图 加偏压后，势垒区两侧边界处载流子分布仍服从玻尔兹曼分布。 注意费米能级的变化！ 8.1 pn结电流　理想电流电压关系 * 8.1 pn结电流　理想电流电压关系 理想假设 1、耗尽层突变近似:空间电荷区的边界存在突变，且耗尽区以外的半导体区域是电中性的。 2、载流子统计分布符合麦克斯韦-玻尔兹曼近似。 3、复合小注入条件。 4(a) PN结内的电流值处处相等。 (b) PN结内的电子电流与空穴电流分别为连续函数。 (c) 耗尽区内的电子电流与空穴电流为恒定值。 * 8.1 PN结电流　 8.1.2理想电流电压关系 计算流过PN结电流密度的步骤： 1、根据费米能级计算耗尽区边界处注入的过剩少子浓度。 2、以边界处注入的过剩少子浓度作为边界条件，求解扩散区中载流子连续性方程——双极输运方程。得到过剩载流子分布表达式。 3、将过剩少子浓度分布带入扩散电流方程得到扩散电流密度。 4、将两种载流子扩散电流密度相加，得到理想PN结电流电压方程。 * 8.1 PN结电流　8.1.2理想电流电压关系 1、边界条件 * 边界条件的确定 p区内： p区内少子电子浓度： n区内少子空穴浓度： * p区内少子电子浓度： n区内少子空穴浓度： p区内少子电子浓度： n区内少子空穴浓度： p区内少子电子浓度： n区内少子空穴浓度： 8.1 PN结电流　理想电流电压关系 * PN结加正向偏置电压时，结两侧边缘处的过剩载流子比平衡