半导体器件物理8分解.ppt

§ 1.7 隧道电流;2 ．隧道结的电流-电压特性;正向电流一开始就随正向电压的增加而迅速上升并达到一个极大值 ，称为峰值电流，对应的正向电压 称为峰值电压。随后电压增加，电流反而减小，达到一极小值 ，称为谷值电流，对应的电压 称为谷值电压。当电压大于谷值电压 后，电流又随电压而上升。在 这段电压范围内，随着电压的增大电流反而减小的现象称为负阻。反向偏压时，反向电流随反向偏压的增大而迅速增加，由重掺杂的 P 区和 N 区形成的 PN 结通常称为隧道结，由这种隧道结制成的隧道二极管，由于它具有正向负阻特性而获得了很多用途。例如用于微波放大、高速开关、激光振荡源等。 ;3 ．能带解释;（e）对应点 4;② 加一很小的正向电压 时，N 区能带相对于 P 区将升高 ，这时结两边能量相等的量子态中，P 区价带的费米能级以上有空量子态，而 N 区导带的费米能级以下有量子态被电子占据，如图所示（b）。因此，N 区导带中的电子可能穿过隧道到达 P 区价带中，产生从 P 区向 N 区的正向隧道电流，对应于特征曲线上的点 1。;④ 再继续增大正向电压，势垒高度进一步降低，在结两边能量相同的量子态开始减少，使 N 区导带中可能穿过隧道的电子数以及 P 区价带中可能接受穿过隧道的电子的空量子态均减少，如图（d）所示，这时隧道电流减小，出现负阻现象，对应特性曲线上点 3。;⑦ 加反向偏压时，P 区能带相对 N 区能带升高，如图（f）所示。在结两边能量相同的量子态范围内，P 区价带中费米能级以下的量子态被电子占据，而 N 区导带中费米能级以上有空的量子态。因此，P 区中的价带电子可以穿过隧道到 N 区导带中，产生反向隧道电流。随着反向偏压的增加，P 区价带中可以穿过隧道的电子数显著增加，故反向电流也迅速增加，如特性曲线上点 5 所示。可见，在隧道结中，即使反向电压很小时，反向电流也是比较大的，这与一般 PN 结不同。 ;② 工作温度范围大。由于隧道结用重掺杂的简并半导体制成，所以温度对多子浓度影响甚小，使隧道二极管的工作温度范围增大。;§ 1.8 PN 结击穿;1．雪崩击穿;在器件设计工??中，常使用下面的经验公式作为雪崩击穿电压的近似估计。对于硅、锗、砷化镓和磷化镓几种材料，人们总结出以下通用公式。;2．隧道击穿;PN 结的反向电流在结中发生热损耗，当反向电流增大时，热损耗增大使结温升高，其结果会使本征载流子浓度增高，反向电流进一步增大，如果散热条件不好，这种相互的恶性循环，很快使 PN 结发生击穿，以至毁损，这称为热电击穿。