半导体器件原理-第二章.ppt

机理： 隧道击穿取决于穿透隧道的几率 势垒区宽度要窄。 雪崩击穿取决于碰撞电离 有一定的势垒区宽度。 从实验上可区分这两种不同的电击穿。研究分析表明： 硅pn结： 4 V 隧道击穿 6 V 雪崩击穿 1.1 pn结的基本结构 1.2 pn结静态特性：平衡pn结； 1.3 反偏 1.4 pn结电流 1.5 pn结的小信号模型 1.6 产生—复合电流 1.7 结击穿 1.8 隧道二极管 * 第一章：pn结二极管 1.8 隧道二极管 隧穿效应：量子力学中，势垒比较薄时，粒子能穿过势垒到达另一边。 隧穿发生的两个条件： 势垒一边有填充态，另一边同能级有未填充态 势垒宽度小于10-6 cm 1.8 隧道二极管 * N区和p区都为简并掺杂的pn结称为隧道二极管 N型材料的费米能级进入导带，p型材料的费米能级进入价带 N区与p区均为简并掺杂的pn结的热平衡能带图 隧道二极管势垒的三角形势垒近似 隧道二极管的伏安特性 电流和电压间的变化关系与一般半导体二极管不同，当某一个极上加正电压时，通过管的电流先将随电压的增加而很快变大，但电压达到某一值后，忽而变小，小到一定值后又急剧变大； 如果所加电压与前相反，电流则随电压的增加急剧变大。 (a) 零偏，结两边量子态相同，费米能级以下没有空量子态，以上没有电子占据，所以隧道电流为零； EFp (b) 加很小正偏压，n区导带中的电子与p区价带中得空态直接对应，n区导带中的电子有可能穿过隧道到p区价带中，发生隧穿，形成正向电流； EFp * 隧道二极管的电流-电压特性 (c) 继续增加势垒电压，势垒高度不断下降，更多的n区导带中的电子穿过隧道到p区空量子态，隧穿电流不断增大，当N区内的导带与p区内的价带中能量相同的量子态达到最多，隧穿电流达到最大值； EFp (d) 偏压继续增大，势垒高度进一步降低，n区与p区中能量相同的量子态减少，隧穿电流下降，出现负阻； EFp (e) 当电压达到一定值时，n区与p区中能量相同的量子态数为零，隧穿电流为零，但扩散电流仍存在 EFp * 隧道二极管的电流-电压特性 * p区价带中电子与n区导带中空量子态直接对应，因此电子从p区遂穿到n区，形成较大反偏电流，任何反偏电压都会形成反偏电流，随反偏电压的增大，反偏电流单调增大。 加反偏电压的隧道二极管的能带图 加反偏电压的隧道二极管的I-V特性 加反偏电压 小结 PN 结（结构？如何形成？特性？） 结构（将 P 型半导体和N 型半导体背靠背紧密排列，就可以形成PN 结） 为什么会形成空间电荷区？ 空间电荷区中的电流关系？ 空间电荷区存在电势差，称为内建电势差。 空间电荷区宽度（当P 型半导体和N 型半导体掺杂浓度不一样时，会出现什么情况？） 对称PN 结和不对称PN 结？ Pn结特性 伏安特性—单向导电性（正向导通、反向截止）。什么是正向偏置？什么是反向偏置？ 在正向偏置下，空间电荷区如何变化？ 在反向偏置下，空间电荷区又如何变化？ 正向电流：多子扩散电流；反向电流：少子漂移电流 原因？如何形成？浓度关系？ 即：为什么会产生单向导电性？ 温度特性 PN 结如何受温度影响？温度变化，伏安关系会如何变化？ 击穿特性 击穿是什么？为何会产生？ （在什么条件下才会产生击穿？） 两种击穿：雪崩击穿和齐纳击穿。（产生机理？碰撞电离和场致击穿）（各自特点？） 电容特性 PN 结电容有两部分组成：势垒电容和扩散电容。分别怎么产生和各自特点？ 二极管 内容：组成结构—特性—参数—等效电路（模型） —分析—应用 1） 结构 利用 PN 结，从P 区引出正极（阳极），从N 区引出负极（阴极）。电路符号？ 2） 特性（类似于PN 结特性） 区别在哪里？开启电压？导通电压？ 温度影响？ 温度变化，正向电压降如何变化？电流如何变化？ 伏安特性曲线？电流方程？ 3） 参数 4） 等效电路（等效模型）--利用该模型来替代二极管 直流模型：理想模型、常数压降模型、电池加电阻模型。 在直流模型下，当二极管导通后，二极管正向压降就为它的导通电压。只能用于直流分析。 小信号模型： 适用条件： 1）分析叠加在直流信号上的交流信号之间关系的时候用；既分析△U 和△I 间的关系。 2）该交流信号必须叠加在一个直流量上，即二极管上必须有一个直流量。 3）输入信号为小信号。 如果是大信号，则需要要利用二极管的电流方程来建立节点或回路方程来进行求解，但本书中通常假设为小信号。 需要重点复习的内容： PN结，杂质分布，空间电荷区，空间电荷 载流子分布：平衡载