半导体器件物理CH2-3.ppt

7。端功能 p-n 结：执行各种端功能的两端器件，视偏置状态、杂质分布、器件几何形状而异。 VJ VF -VR t 相应的结电压与时间的关系 根据方程： 只要 pn(0,t)大于pn0，（即0tt1），结电压保持在kT/q量级，电流大致为常数。 该时间内，反向电流恒定。 t~t1，电流密度趋近平衡值，之后进入衰减阶段。 V?-VR 提高开关速度的途径： 抽取的电荷总量： 复合的电荷总量： 2。加快储存电荷消失速度。 关键因素是反向恢复时间?电荷储存效应。 1。减小正向导通时的电荷储存量。 减小正向电流，降低少数载流子寿命。 储存电荷消失：扩散抽取+复合 初始反向电流 增大初始反向电流，即增加反向电压V，减小电阻R。 减小载流子寿命，加快复合速率。 硅中的复合中心杂质（金，铜，镍），可有效降低非平衡载流子寿命 高速开关二极管，要掺金，掺金的反向恢复时间为原来的几十分之一。 1。整流器 是一种特殊设计的对交流电进行整流的p-n结二极管：对一个方向 的电流流动有极低的电阻，而另一方向电阻极高。 正向和反向电阻可从实际二极管的电流-电压关系推导。 直流整流比： 交流整流比： 整流器的开关速度通常很慢：从正向导通状态?反向阻断状态，得到高阻抗，须有长的时间延迟。 对高频应用，应大大降低少数载流子寿命，以保持整流效果。 2。稳压管 反向工作到击穿电压的p-n结二极管，电压被击穿电压限制。 当反向电压增大到一定值时，反向电流突然增大而击穿，内阻很小，反向电流在很大范围变化时，端电压基本保持不变。（普通二极管一般不允许在击穿区工作） 3。变阻器 表现出非欧姆特性的两端器件。 P-n结二极管具有非欧姆特性 把两个二极管反极性并联起来，成为对称的小数电压限幅器，在正反两个方向皆表现出正向I-V特性。 4。扩散电容 反向偏置?耗尽层电容占据了结电容的大部分， 正向偏置?中性区少数载流子密度的再分布对结电容有贡献 ----扩散电容 。 正向偏置 + 一小的交流信号： 总电压： 总电流： 电压和电流密度的小信号振幅 可得到耗尽区边界的电子和空穴密度随时间的变化。 将总电压代入如下方程, 耗尽区边界的空穴密度小信号交流分量： 若 V1kT/q=VT 耗尽区边界的电子密度也类似： 直流分量 交流分量 耗尽区边界的空穴密度： 将pn代入连续性方程， 或： 考虑到G=0， 边界条件： N型中性区宽度LP ，可得到N型中性区空穴的交流分量 ： x=xn 处，空穴电流密度 ： 总交流电流密度 ： 交流导纳 ： x=-xp 处，电子电流密度 ： 频率比较低 ： (??p , ??n 1) 扩散电导： 低频扩散电容： 归一化扩散电导和扩散电容与?? 的关系。 5。结的击穿 P-n 结上加足够高的电场?击穿，并通过很大的电流。 热不稳定 隧道效应 雪崩击穿 热击穿的反向电流-电压特性 1。热不稳定性 高的反向电压下反向电流引起热耗散，若热量不能及时传递出去，结温增加，结温增加反过来增加了反向电流和热耗散的增加。 恶性循环，直到结烧坏。 禁带宽度小，易发生热击穿。 改善散热，温度较低，该击穿不重要。 2。隧道击穿（齐纳击穿） 电子的隧道效应在强电场下迅速增加 随着反向偏压的增加，势垒区电场不断加强，能带弯曲增加。 势垒区内强大的电场使其中的电子获得相当大的附加静电势能， 当反向偏压足够高时，附加的静电势能可以使一部分价带电子的能量达到甚至超过导带底电子的能量。 PN结隧道效应示意图 B A ? x W 电子有一定的隧穿几率 隧穿几率与? x有关 PN结隧道击穿的电流-电压特性 隧道电流随Eg的增大而减小： Eg增加，水平距离增加。 隧道电流随外加电压的增加而增加： 外加反向偏压越大，电场越强，能带弯曲越陡，水平距离越小，隧穿几率越大。 由隧道效应决定的击穿电压具有负温度系数： 常用半导体材料的禁带宽度随温度增加而减小。 3。雪崩击穿 反向偏压的增加，结内电场增加，通过势垒区的电子和空穴在强电场作用下 获得的能量逐渐增加，当能量足够大时，通过与晶格原子的碰撞使价带电子激发 到导带，形成新的电子空穴对-----碰撞电离。 最重要的结击穿机制 ，雪崩击穿电压确定了大多数二级管反向偏压的上限。 新生的电子和空穴在电场作用下和原有电子-空穴一起获得能量，