第八章 PN结二极管分析.ppt

第八章 PN 结二极管 2014 年 11 月 7 第八章 PN 结二极管 ? 8.1 PN 结电流 ? 8.2 PN 结的小信号模型 ? 8.3 产生、复合电流 ? 8.4 结击穿 ? 8.6 隧道二极管 2 本章主要学习 PN 结在外加正向偏置电压条件下， PN 结的 电流 --- 电压特性。 8.1 PN 结电流 8.1.1 定性描述 3 图 8.1(a) 零偏； (b) 反偏； (c) 正偏条件下的 pn 结及其对应的能带图 加偏压后，势垒区两侧边界处载流子分布仍服从玻尔兹曼分布。 注意费米能级的变化！ 8.1 pn 结电流 理想电流电压关系 4 8.1 pn 结电流 理想电流电压关系 ? 理想假设 1 、 耗尽层突变近似 : 空间电荷区的边界存在突变，且耗尽区以 外的半导体区域是电中性 的。 2 、载流子统计分布符合麦克斯韦 - 玻尔兹曼近似。 3 、复合小注入条件。 4(a) PN 结内的电流值处处相等。 (b) PN 结内的电子电流与空穴电流分别为连续函数。 (c) 耗尽区内的电子电流与空穴电流为恒定值。 5 8.1 PN 结电流 8.1.2 理想电流电压关系 ? 计算流过 PN 结电流密度 的步骤： 1 、根据费米能级计算 耗尽区边界处 注入的过剩少子浓度。 2 、以 边界处注入的过剩少子浓度作为边界条件 ，求解扩散区 中载流子连续性方程 —— 双极输运方程。得到 过剩载流子 分布表达式 。 3 、将 过剩少子浓度分布 带入 扩散电流方程 得到扩散电流密度。 4 、将 两种载流子扩散电流密度相加 ，得到理想 PN 结电流电压 方程 。 6 8.1 PN 结电流 8.1.2 理想电流电压关系 ? 1 、边界条件 7 ? 边界条件的确定 p 区内： 8 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? kT eV n n kT eV N N n n N N V V bi n p N n n N n bi d a i i d a t bi a i p d n exp exp ln 0 0 , 2 2 2 0 0 少子电子浓度 区内空间电荷区边缘的 正偏时 p kT eV n n kT eV kT eV n kT V V e n n a p p a bi n a bi n p ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? exp exp exp ) ( exp 0 0 0 ? ? ? 0 exp a n n n eV p x p kT ? ? ? ? ? ? ? ? ? 0 exp a p p p eV n x n kT ? ? ? ? ? ? ? p 区内少子电子浓度： n 区内少子空穴浓度： 8.1 PN 结电流 理想电流电压关系 9 PN 结加正向偏置电压时，结两侧边缘处的过剩载流子比平衡时增加几个数量级； PN 结加反向偏置电压时，结两侧边缘处少子浓度低于热平衡值 。 8.1 PN 结电流 8.1.4 少数载流子的分布 ? 2 、少数载流子分布 —— 解双极输运方程 小注入 n 型半导体双极输运方程： 当 xx n 时， E=0 ，且令g′=0， PN 结处于稳态。 10 8.1 PN 结电流 8.1.4 少数载流子的分布 ? ? ? ? 0 0 exp 1 exp p a p p p p p n x x eV x x n x n x n n kT L ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 时， ? ? ? ? n 0 0 exp 1 exp a n n n n n p eV x x x x p x p x p p kT L ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 时， 11 8.1 PN 结电流 8.1.5 理想 PN 结电流 ? 3 、理想 PN 结电流 ? ? ? ? n n p n p x x dp x J x eD dx ? ? ? ? ? 0 exp 1 p n a p n p eD p eV J x L kT ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?