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时间:2019-05-11
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1、2.1非平衡PN结当在PN结两端施加电压时,热平衡就要破坏,就有电流在半导体内流过。一般情况下,空间电荷区的电阻远远高于电中性区。使得后一区域内的电位降在与前者相比时可以忽略不计,外加电压直接加于空间电荷区的两端,传导电流的大小强烈地依赖于外加电压的极性。一正向偏置及能带图外加正向偏压时,在势垒区产生一个外加电场,其方向与原来的自建电场方向相反,从而消弱了势垒区电场的强度。自建电场外加电场势垒高度下降至正向偏置PN结及其能带图减小的势垒高度允许多数载流子扩散通过PN结,以至形成了大的电流。称之为正向偏压,给PN结造成了低阻的通路。由于势垒区电场
2、削弱,势垒区的空间电荷数量将减小,势垒宽度变窄。同时,势垒区两边的电势差降低,因此,非平衡PN结的能带相对于平衡PN结发生了变化。二反向偏置及能带图外加反向电压,方向与PN结内电场方向相同,加强了内电场,空间电荷区的宽度变宽。自建电场外加电场内电场对多子扩散运动的阻碍增强,增高的势垒阻挡载流子扩散,通过PN结的电流非常小,结的阻抗很高,PN结呈现高阻性。称为加反向电压,简称反偏。势垒高度上升至耗尽区的宽度变化为:耗尽区的宽度变化为:突变结线性缓变结耗尽区的宽度与外加反偏压的关系:三少数载流子的注入NPN区P区空穴:电子:P区N区扩散扩散在正偏时
3、,电子从N区扩散(或注入)到P区,空穴从P区扩散到N区,这种现象称为PN结的正向注入效应。1、结边缘少子浓度(1)自建电势与平衡载流子浓度关系热平衡PN结电位差:脚标0表示热平衡状态nn0、np0分别表示N侧和P侧热平衡时的电子浓度pp0、pn0分别表示P侧和N侧热平衡时的空穴浓度:热平衡时载流子浓度与势垒高度的关系同理:多数载流子pp0、nn0分别代替Na、Nd(2)电势与载流子浓度关系正向偏压时:结电势nn、np分别表示N侧和P侧空间电荷区边缘的电子浓度小注入时,N侧注入电子的浓度远小于nn0,因此,假设nn=nn0,则:同理:确定空间电荷
4、区边缘少子浓度P侧空间电荷区边缘的电子浓度N侧空间电荷区边缘的空穴浓度np0表示P侧热平衡时的电子浓度pn0表示N侧热平衡时的空穴浓度正偏时:正偏时,外加电场与自建电场相反,空间电荷区被消弱,电子从N区扩散(或说注入)到P区,空穴从P区扩散到N区,导致P侧结边缘电子浓度大于平衡值:np>np0,N侧结边缘的空穴浓度大于平衡值:pn>pn0,这种现象称为正向注入效应。电子扩散空穴扩散npnp0pnpn0P区N区反偏时:外加电场与自建电场方向相同,空间电荷区电场加强,结边缘空间电荷区N区边界的空穴浓度低于平衡值:pn5、向空间电荷区扩散,而且一旦进入空间电荷区,就立即被电场扫向P区。同理,P区边界的电子浓度也低于平衡值:np6、是决定因素。多子处于被动的地位,只限于中和少子所引起的电场,可以忽略多子的影响。在注入载流子的区域,假设电中性条件完全满足,则少子就是仅存的一种类型载流子。这些载流子由于被中和,不带电,通过扩散运动在电中性区运输。这种处理方法称为扩散近似。扩散近似令:则空穴的连续性方程变为:同理,P侧电子的电流和连续性方程变为:0对于线性缓变结,耗尽层内空间电荷分布可表示为:式中,a为杂质浓度的斜率泊松方程改写为:则可以得到耗尽层的宽度和自建电势为:作业1、2解答线性缓变结的电场强度也是在P区和N区的交界面处最大,而边界处为零。与单边突变结不同的是,其正、负电7、荷区的宽度相等。即:xn=xp=1/2W解答:线性缓变结空间电荷区的电场和宽度为A.dx薄层内的空间电荷的总量杂质浓度梯度,对线性缓变结是一常数)()(AqaxdxdxxAqNxdQ==空间电荷区内电场强度的增量为:求积分得到电场(1)电场电场强度分布:边界条件:缓变结的电场强度为抛物线分布,突变结的电场强度为线性分布,所以缓变结的最大电场强度比突变结要低,这对提高PN结的反向击穿电压具有指导意义。思考?(2)电位和空间电荷区的宽度由于:空间电荷区的电位差:空间电荷区的宽度:P62:2-21得证P62:2-22?2-22-4(中性区,空间电荷得8、总密度为零)
5、向空间电荷区扩散,而且一旦进入空间电荷区,就立即被电场扫向P区。同理,P区边界的电子浓度也低于平衡值:np6、是决定因素。多子处于被动的地位,只限于中和少子所引起的电场,可以忽略多子的影响。在注入载流子的区域,假设电中性条件完全满足,则少子就是仅存的一种类型载流子。这些载流子由于被中和,不带电,通过扩散运动在电中性区运输。这种处理方法称为扩散近似。扩散近似令:则空穴的连续性方程变为:同理,P侧电子的电流和连续性方程变为:0对于线性缓变结,耗尽层内空间电荷分布可表示为:式中,a为杂质浓度的斜率泊松方程改写为:则可以得到耗尽层的宽度和自建电势为:作业1、2解答线性缓变结的电场强度也是在P区和N区的交界面处最大,而边界处为零。与单边突变结不同的是,其正、负电7、荷区的宽度相等。即:xn=xp=1/2W解答:线性缓变结空间电荷区的电场和宽度为A.dx薄层内的空间电荷的总量杂质浓度梯度,对线性缓变结是一常数)()(AqaxdxdxxAqNxdQ==空间电荷区内电场强度的增量为:求积分得到电场(1)电场电场强度分布:边界条件:缓变结的电场强度为抛物线分布,突变结的电场强度为线性分布,所以缓变结的最大电场强度比突变结要低,这对提高PN结的反向击穿电压具有指导意义。思考?(2)电位和空间电荷区的宽度由于:空间电荷区的电位差:空间电荷区的宽度:P62:2-21得证P62:2-22?2-22-4(中性区,空间电荷得8、总密度为零)
6、是决定因素。多子处于被动的地位,只限于中和少子所引起的电场,可以忽略多子的影响。在注入载流子的区域,假设电中性条件完全满足,则少子就是仅存的一种类型载流子。这些载流子由于被中和,不带电,通过扩散运动在电中性区运输。这种处理方法称为扩散近似。扩散近似令:则空穴的连续性方程变为:同理,P侧电子的电流和连续性方程变为:0对于线性缓变结,耗尽层内空间电荷分布可表示为:式中,a为杂质浓度的斜率泊松方程改写为:则可以得到耗尽层的宽度和自建电势为:作业1、2解答线性缓变结的电场强度也是在P区和N区的交界面处最大,而边界处为零。与单边突变结不同的是,其正、负电
7、荷区的宽度相等。即:xn=xp=1/2W解答:线性缓变结空间电荷区的电场和宽度为A.dx薄层内的空间电荷的总量杂质浓度梯度,对线性缓变结是一常数)()(AqaxdxdxxAqNxdQ==空间电荷区内电场强度的增量为:求积分得到电场(1)电场电场强度分布:边界条件:缓变结的电场强度为抛物线分布,突变结的电场强度为线性分布,所以缓变结的最大电场强度比突变结要低,这对提高PN结的反向击穿电压具有指导意义。思考?(2)电位和空间电荷区的宽度由于:空间电荷区的电位差:空间电荷区的宽度:P62:2-21得证P62:2-22?2-22-4(中性区,空间电荷得
8、总密度为零)
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