半导体物理2013(第六章)..ppt

* §6.2 pn结电流电压特性§6.2.2 理想pn结的电流电压方程 ②解扩散区内载流子的连续性方程,得到扩散区中非平衡少数载流子的浓度分布函数； 稳态时，空穴扩散区中非平衡少子的连续性方程为 小注入时，空穴扩散区中ε=0，故 * §6.2 pn结电流电压特性§6.2.2 理想pn结的电流电压方程 方程的通解为： 式中 是空穴扩散长度。A、B是待定参数，由边界条件决定。 边界条件： * §6.2 pn结电流电压特性§6.2.2 理想pn结的电流电压方程 得到： 代入通解中得到空穴扩散区非平衡载流子浓度为： 同理，电子扩散区的非平衡少数载流子浓度分布为： * §6.2 pn结电流电压特性§6.2.2 理想pn结的电流电压方程 ③势垒区边界处载流子的扩散电流密度； 小注入时，扩散区中不存在电场。在x=xn处，空穴扩散电流密度为： 同理，在x=-xp处，电子扩散电流密度为 * §6.2 pn结电流电压特性§6.2.2 理想pn结的电流电压方程 ④流过pn结总的电流密度； 根据假设，势垒区的复合-产生作用可以忽略，通过pn结的总电流密度J为： 上式即为理想pn结的电流电压方程式，又称肖克莱方程式。 * §6.2 pn结电流电压特性§6.2.2 理想pn结的电流电压方程 三、理想pn结电流电压特性讨论： ⒈pn结的整流效应 在正向偏压下，正向电流密度随正向偏压呈指数关系迅速增大。 室温下，一般外加正向偏压约零点几伏，有 此时电流电压方程可表示为： 说明正向偏压下正向电流密度与电压V呈指数关系。 * §6.2 pn结电流电压特性§6.2.2 理想pn结的电流电压方程 在反向偏压下，反向电流密度为常量，与电压无关。 反向偏压的V0，当q│V│0时， 此时电流电压方程可表示为： 式中的负号表示出电流密度方向与正向时相反，故称-Js为反向饱和电流密度。由理想pn结J-V曲线可以看出，在正向及反向偏压下曲线是不对称的，表现出pn结的单向导电性或称为整流效应。 * §6.2 pn结电流电压特性§6.2.2 理想pn结的电流电压方程 ⒉温度对电流密度影响很大 方程中的Js中的Dn、Ln、np0均与温度T有关，设Dn/τn与T 成正比，γ为一常数，讨论Js中的任一项与温度的关系： 式中T 随温度变化缓慢，而起决定作用的是指数 。 γ 3+γ/2 * §6.2 pn结电流电压特性§6.2.2 理想pn结的电流电压方程 因此，Js随温度升高而迅速增大，即反向饱和电流密度随温度升高而迅速增大。并且Eg越大的半导体，Js的变化越快。 禁带宽度也是温度的函数，Eg=Eg(0)+βT，设Eg(0)=qVg0 为绝对零度时的禁带宽度，为绝对零度时导带底和价带顶的电势差，则加正向偏压VF时，正向电流密度与温度关系为： 所以正向电流密度随温度上升而增加。 * §6.2 pn结电流电压特性§6.2.3 影响pn结电流电压特性偏离理 想方程的各种因素 实验表明,理想的电流电压特性和小注入下锗pn结符合较好,但与硅pn结的实验结果偏离较大.如下图所示: ①正向电流较小时,理论计算值比实际值小,如a段所示; ②正向电流较大时,实际曲线的c段J-V关系为J∝exp[qV/2k0T]; ③在曲线d段，J-V关系不是指数关系而是接近线性关系; ④在反向偏压时,实际反向电流比理论大得多,而且反向电流不饱和,随反向偏压增大略有增加； * §6.2 pn结电流电压特性§6.2.3 影响pn结电流电压特性偏离理 想方程的各种因素 我们从以下几个方面考虑影响理想电流电压特性的因素: ⒈势垒区的产生电流——影响反向特性的因素 当pn结处于热平衡时（无偏压），势垒区内通过复合中心的载流子产生率等于复合率。当pn结加反向偏压时，势垒区内建电场加强，由于热激发作用在势垒区通过复合中心产生的电子空