1PN结二极管.ppt

* 5 影响PN结直流特性的其他因素 理想与实际的比较： 势垒区载流子的产生与复合 大注入 串联电阻 表面效应 产生偏差的原因： V I 0 VB VT 理想 实际 IR * 势垒区的复合与产生电流 根据复合中心理论，稳态时载流子的净复合率为： 式中： 取：Et = Ei 本征面：n = p * PN结正偏，复合率： PN结反偏： 产生率： 正向偏压使载流子注入空间电荷区，复合率增加，空间电荷区内有复合电流 IRG，PN结总正向电流为： IF = IFD + IRG 反向偏压对载流子的抽取，使少子浓度降低，有载流子产生，势垒区存在产生电流 IG ，总反向电流为： IR =IRD + IG * 以P+N结为例，讨论复合电流与产生电流对电流的影响 正偏电流： P+N结 Si Ge 典型数据 ND=1015cm-3，τp=1us， μp=500cm/Vs， xm=1um ni=1.5×1010cm-3， ND=1015cm-3，τp=10us，μp=200cm/Vs， xm=1um ni=2.5×1013cm-3， jRG / jFD 102e-qVA/2KT 10-1e-qVA/2KT 结论 VA = 0.24V， jRG / jFD =1 VA 0.24V，jRG jFD VA 0.24V，jFD jRG 在很低的偏压下jFD jRG，复合电流可以忽略 * 反偏电流： Si-P+N：jG /jRD=100，jG大； Ge-P+N：jG /jRD=0.1，jRD大； jG∝xm，即当反向偏压增加，xm扩大， jG上升，反 向电流不饱和； 典型值算得： Si： jRD=1.5×10－12A/cm-2， jG=1.2×10－9A/cm-2 Ge： jRD=2.28×10－6A/cm-2， jG=2×10－7A/cm-2 * PN结的大注入现象 大注入：注入的非平衡少子浓度接近甚至超过多子浓度 （1） 对载流子浓度影响 PN结正偏大注入： p(x)=△p(x)+ pn = △ p(x) N区多子浓度上升为： 电中性要求：△n(x) =△p(x) 且： n(x) p(x) ?n(x) ?p(x) nn pn — n n, p x Wn 0 E * 一般情况下可以写为： m=1～2，小注入时 m=1 由： 大注入时，如 p(0)= nn，则有： * （2） 大注入时正向电流 N区多子电子的积累，存在浓度梯度，则有电子的扩散，使势垒边电子数减少，电极边电子数增加，在N区建立指向电极的大注入自建电 场E，阻碍电子扩散运动，使电 子运动达到动态平衡，保持稳定 分布。电场E作用下通过N区的 电子与空穴电流密度分别为： n(x) p(x) ?n(x) ?p(x) nn pn — n n, p x Wn 0 E * 电场对电子产生的漂移电流与电子浓度梯度引起的扩散电流平衡，净电子电流jn为零，得： N区的空穴电流密度为： 对Wn Lp，N区中少子近似为线性分布，故： * 小注入，p(0) nn： 特大注入，p(0) nn： 比较 * 串联电阻的影响 PN结串联电阻RS包括体电阻和欧姆接触电阻； PN结的体电阻：机械强度要求加工硅片有一定的厚度(200μm-300μm)，PN结击穿电压要求杂质浓度低； 欧姆接触电阻：金属与半导体接触形成一定的电阻； RS的压降使VA不能全部降在PN结上； RS使PN结实际偏压降低为： RS使PN结功耗增加。 一般应尽量减小串联电阻。 * 表面效应 半导体表面对PN结的电流电压特性的影响很大，特别是对反向电流，几乎有决定性的影响，表面漏电流可能比反向电流理论值大几个数量级。 一般表面漏电流IRS有以下几种：表面复合电流 表面沟道电流 表面漏导电流 因此，Si- PN结反向电流： Ge-PN结反向电流： * 6 温度对PN结电流电压的影响 PN结工作时，PN结上消耗的功率转变成热量，使PN结的温度升高，温度升高引起本征载流子浓度增加，本征载流子浓度增加又使PN结电流增加，则PN结功耗增加，从而进一步引起结温升高。若PN结的散热性能不良，这种恶性循环可使温度升高到最高结温，PN结发生热击穿，直至烧毁。 * 对PN结反向电流的影响 反向产生电流：