传感器第二章(敏).ppt

边界条件： x=xn处的空穴电流为： 同理，注入到P区的电子的交流分量为： * PN结的总交流电流为： * 交流导纳：Y 对于P+N二极管， 若 P+N二极管正向电流直流部分： 二极管直流电导： PN结扩散电容： * 二极管的等效电路 在许多应用中，总是根据在使用条件下半导体器件各部分的物理作用，用电阻，电容，电流源和电压源等组成一定的电路来达到等效器件的功能，这种电路叫做等效电路。 PN结小信号交流等效电路如图所示。 * 2.9 PN结二极管的开关特性 2.9.1 电荷贮存和反响瞬变 PN结二极管的开关作用： PN结二极管处于正向偏置时，允许通过较大的电流，处于反向偏置时通过二极管的电流很小，因此，常把处于正向偏置时二极管的工作状态称为开态，而把处于反向偏置时的工作状态叫作关态。可见结二极管能起到开关作用。 * PN结的反向瞬变:电流和电压的延迟现象。 * PN结二极管的电荷贮存效应： PN结加一恒定的正向偏压时，载流子被注入并保持在结二极管中，在扩散区建立确定的非平衡少数载流子分布，这种现象称为电荷贮存效应。 在一般情况下，可以把时间ts规定为反向瞬变的结束。要在PN结二极管中得到高的开关速度，少数载流子寿命应当很短，此外，在电路设计时，需要有大的反偏电流和小的正偏电流。在实际应用中，对用于制造计算机的二极管，掺金是一种缩短少子寿命的有效方法。 * 2.9.2 阶跃恢复二极管 反向瞬变波形可以通过在二极管中引入一自建场进行修正。例如若在 二极管轻掺杂一侧的杂质浓度为 则，自建电场 为 于是注入的非平衡少子空穴既有扩散运动，也有在自建场作用下的漂移运动。自建场沿着 方向，漂移电流也沿 方向当二极管由正向偏置转换到反向偏置之后，注入少子空穴开始反向流向空间电荷区，而此时自建场 将加速这种流动。 * PN结击穿：当加在PN结上的反偏压增加到一定数值，再稍微增加，PN结就会产生很大的反向电流，这种现象叫做结击穿。击穿过程并非具有破坏性的，只要最大电流受到限制，它可以长期地重复。 击穿机制： 齐纳击穿：齐纳提出在高电场下耗尽区的共价键断裂产生电子和空穴，即有些价电子通过量子力学的隧道效应从价带转移到导带，从而形成反向隧道电流。齐纳击穿发生在低电压情况下，比如硅PN结低于4伏特情况下发生的击穿。 雪崩击穿：对于高电压击穿的结，例如，在硅中大于的击穿，雪崩机制是产生击穿的原因。 2.10 PＮ结击穿 * 1.雪崩击穿 繁殖载流子的方式称为载流子的倍增效应。 由于倍增效应，使势垒区单位时间内产生大量载流子，迅速增大了反向电流，从而发生pn结击穿，这就是雪崩击穿的机理。 * 2.隧道击穿（齐纳击穿） 隧道击穿是在强电场作用下，由隧道效应，使大量电子从价带经过禁带进入到导带所引起的一种击穿现象。 * 当电场|E|大到或△x短到一定程度时，将使p区价带中大量的电子通过隧道效应穿过禁带达到n区的导带中去，使反向电流急剧增大，于是p–n结就发生隧道击穿。 这时外加的方向偏压即为隧道击穿电压（或称齐纳击穿电压）。 * 杂质浓度低，偏压较大，XD大，△x大，利于雪崩效应； 杂质浓度高，偏压不高，XD小，△x小，利于隧道效应。 * * * 正向偏压情况下的的PN结 （a）少数载流子分布 （b）少数载流子电流 （c）电子电流和空穴电流 * 反向偏压情况下的的PN结 （a）少数载流子分布 （b）少数载流子电流 （c）电子电流和空穴电流 * 例2-2 * PN结饱和电流的几种表达形式： （1） ? （2） （3） （4） * 理想PN结反向电流是PN结扩散区产生电流，证明如下： N型中性区的扩散区内贮存空穴电荷为： 把贮存电荷看作是分布在面积为A长度为一个扩散长度的扩散区内则其平均浓度为： ，于是空穴的复合率为: * U0说明复合率是负的，产生率G=-U是正的： 同样分析得出PN结P侧电子扩散区内电子的产生率为： 在反偏情况下公式（2-48）变成： 因此（2-52）式中的两项分别是结空穴扩散区和电子扩散区中所发生的空穴产 生