p-n结课件.ppt

例一:GaAs p+n单边突变结，ND=8x1014 cm-3, 计算发生击穿时耗尽区宽度及击穿电压。若n区为20mm,计算此时击穿电压 电荷存储与暂态效应 pn结动态响应特征 pn结中电容来源: 耗尽区内离子引起电容 Cj 少子在耗尽层边界积累(Stored-charge)引起的电容—扩散电容Cdiff 2.3.4扩散电容；2.5.1瞬变特性 The total diffusion capacitance is: 空穴注入n区产生的存储电荷密度 存储电荷引起的扩散电容: 同理:电子注入p区产生扩散电容 考虑pn结二极管的小信号等效电路模型 在正向偏压下加载小信号 Cj Cdiff G 瞬变特性(transient behavior) 施加一个正向电压，存储电荷需要一段时间达到稳态。 由正偏到反偏，存储电荷随时间的变化，需要一段响应时间 对开关电路的影响 0tt1: 存储电荷放电,维持原电势差及反向电流; tt1:存储电荷放电结束, 耗尽层电容起作用, 减小载流子寿命可提高开关速度—金掺杂引入复合中心 应用： 快恢复二极管： 电荷存储二极管 2.6.5 快恢复二极管 高速响应二极管，要求开关时间短， 实现办法：1、深能级掺杂；2、高迁移率GaAs等直接带隙半导体 2.6.6 电荷存储二极管 阶跃恢复二极管，特点大的t1,小的t2,用于谐波发生器和脉冲整形 实现办法：通过特殊杂质分布使注入电荷分布在结附近 2.6.7 p-i-n二极管 p i n 特点：宽本征区，耗尽层近似恒定； 低恒定电容，高击穿电压； 复合电流为主，电阻随正偏电流线性变化 2.7 异质结 （ Heterostructures） 三种异质结结构 Type 1： Type 2： Type 3： 基本关系式： * * The minority-carrier concentrations can be approximated by linear function: Energy distribution of electrons: Consider the case of zero bias (VD=0) When the diffusion-current equation is applied to the minority carriers: When the diffusion-current equation is applied to the minority carriers: The minority-carrier concentrations can be approximated by linear function: 由于浓度梯度引起的扩散电流: pn结中的总扩散电流: In thermal equilibrium: The diode current can be expressed as: 实际应用:器件中载流子的扩散长度大于p区或n区的实际宽度。 Reverse-bias: Doesn’t depend on the voltage Saturation current Forward-bias: Increases exponentially with VD 如何利用准费米能级计算耗尽层边界载流子浓度？ 例五，计算p-n结二极管的理想反向饱和电流，其截面积为2x10-4cm2,二极管参数为Na=5x1016,Nd=1016,ni=1x1010,Dn=21cm2/s,Dp=10cm2/s,tp0=tn0=5x10-7s. 提纲 集成电路中p-n结的基本结构 p-n结在电路中的基本应用 p-n结的能带图 p-n结中的空间电荷分布与结电容C-V特性 pn结中载流子分布及理想p-n结的I-V特性 pn结中非理想条件对I-V传输特性的影响 pn结中非理想条件对I-V传输特性的影响 非理想条件下的二极管： 讨论静态I-V特性条件下的二次效应 Second-order effects: 产生-复合电流 Generation and recombination current 大电流注入影响 high-level injection 寄生电阻影响 parasitic resistance 耗尽区击穿 breakdown 产生复合电流: Generation and recombination current 理想条件下两个假设: No electron-hole recombination occurs in the depletion layer. 实际： 1 耗尽区内e-h pairs产生率最大值主要在本征费米能级附近。只要满足以下条件