《非平衡PN结》课件.pptVIP

非平衡PN结PN结是半导体器件的基础，由P型半导体和N型半导体通过特殊工艺结合而成。由于两种半导体材料的载流子类型不同，在PN结处形成一个内部电场，阻止电子和空穴自由扩散。非平衡PN结是指处于不平衡状态的PN结，例如在外加电压的作用下，或者受到光照、温度变化等因素影响时，PN结的电场发生变化，导致载流子分布发生改变，形成非平衡状态。

热平衡PN结在热平衡状态下，PN结中的电子和空穴浓度分布遵循玻尔兹曼分布，且电子浓度随势能增加而指数衰减，空穴浓度随势能降低而指数衰减。由于电子和空穴浓度在PN结两侧不同，导致结区出现一个内建电场，阻碍电子和空穴的扩散，形成一个平衡状态。

非平衡条件下的PN结PN结的平衡状态是指在热平衡条件下，PN结两侧的电子和空穴浓度达到平衡，没有电流流动。非平衡条件下，PN结两侧的电子和空穴浓度不再平衡，会产生电流流动。

少子浓度分布P型半导体在P型半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。N型半导体在N型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。PN结PN结是由P型半导体和N型半导体连接形成的，其界面称为PN结。

少子浓度分布规律指数衰减从PN结边界到中性区，少子浓度呈指数衰减。衰减程度由扩散长度决定，扩散长度越大，衰减越慢。平衡条件在平衡状态下，PN结两侧的少子浓度与多数子浓度之积保持相等。这是因为少子扩散和复合过程达到平衡，少子浓度不再随时间变化。

少子浓度梯度少子浓度梯度是指在PN结中，由于少子扩散导致的少子浓度在空间上的变化。少子浓度梯度是驱动少子扩散电流的主要因素。少子浓度梯度越大，少子扩散电流就越大。少子浓度梯度的大小取决于PN结的类型、掺杂浓度、温度等因素。

少子扩散电流少子扩散电流是由于非平衡载流子在PN结两侧的浓度梯度引起的。少子在浓度梯度的驱动下从高浓度区域向低浓度区域扩散，形成电流。1扩散浓度梯度驱动少子扩散。2电流少子扩散形成电流。

少子扩散电流计算少子扩散电流的大小取决于少数载流子的浓度梯度、扩散系数和PN结的面积。公式Id=qDn(dn/dx)A其中Id为少子扩散电流q为电子电荷Dn为少数载流子的扩散系数dn/dx为少数载流子的浓度梯度A为PN结的面积少子扩散电流的计算需要考虑少数载流子的浓度分布和扩散系数等因素。

少子复合电流少子复合电流是由于注入的少子与多数子发生复合而产生的电流。少子在扩散过程中，会与多数子碰撞复合，失去能量，导致电流减小。少子复合电流的大小与注入的少子浓度、少子寿命和复合中心浓度有关。因素影响注入的少子浓度少子浓度越高，复合电流越大。少子寿命少子寿命越长，复合电流越小。复合中心浓度复合中心浓度越高，复合电流越大。

少子复合电流计算少子复合电流是指少子在PN结中复合时产生的电流。当少子注入PN结时，它们会与多数子发生复合。复合过程会释放能量，从而产生电流。少子复合电流的大小取决于少子的浓度、寿命和复合速度等因素。少子复合电流的计算公式为：Ir=qAjni2(τn/τp)1/2(1-exp(-Va/VT))

其中：Ir为少子复合电流q为电子电荷Aj为PN结面积ni为本征载流子浓度τn为电子寿命τp为空穴寿命Va为PN结上的外加电压VT为热电压

正向偏压下的PN结正向偏压是指在PN结两端施加的电压，使得P型区电位比N型区电位高。当PN结处于正向偏压时，空穴从P型区向N型区移动，电子从N型区向P型区移动。由于空穴和电子在PN结处发生复合，导致PN结中的势垒降低，从而使得电流更容易通过PN结。

正向偏压下电流电压特性正向偏压下，PN结的电流会随着电压的增加而迅速增加。这主要是因为正向偏压可以使多数载流子更容易越过势垒，从而导致电流的增大。电流电压特性曲线呈现指数增长，随着电压的增加，电流会迅速增加。这与二极管的正向导通特性密切相关。0.7V导通电压PN结开始导通的电压mA电流正向偏压下，电流呈指数增长V电压随着电压增加，电流迅速增加

反向偏压下的PN结当PN结两端施加反向电压时，PN结中的电场会阻止少子从P区扩散到N区，以及从N区扩散到P区。导致少子电流减小，而多数子电流几乎不变，最终导致PN结电流很小，接近于0。

反向偏压下电流电压特性反向偏压下，PN结中的少数载流子漂移电流增大，而多数载流子扩散电流减小，使得PN结电流很小且几乎为常数。电流电压特性曲线显示，随着反向电压增加，电流轻微增加，但始终保持在微安级，并最终趋于饱和，反映出PN结的良好单向导电特性。

击穿电压当PN结反向电压达到一定数值时，PN结中的电场强度会急剧增加，导致少子数激增。电子和空穴在强电场作用下，发生碰撞电离，形成大量的自由电子和空穴，反向电流急剧增大，这种现象称为PN结击穿。PN结击穿电压是指导致PN结击穿时的反向电压值。10伏硅PN结击穿电压3伏锗P