2.3 与理想模型的偏离

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1、2.3直流特性与理想模型的偏离西南科技大学理学院2011.3.1一、复习PN结中电子和空穴的扩散电流密度分别为一、复习正偏时势垒区两边界附近少子浓度的变化－XpXn0少子浓度分布图np0Pn0一、复习无限长pn结伏安特性方程Pn结的正向特性曲线IV当V>0.1V时二、理想pn结模型（四个假设）（1）不考虑势垒区中的产生与复合结果：电子、空穴电流通过势垒区时保持不变（2）小注入结果：多子浓度约等于平衡时浓度，对少子只需要考虑扩散电流（3）耗尽层近似结果：空间电荷区为高阻区，外加电压几乎降落在空间电荷区二、理想pn结模型（4）势垒区两边界处载流子浓度

2、服从波尔兹曼分布结果：同理二、理想pn结模型I-V特性曲线正偏反偏VI-V特性曲线对数形式三、实际PN结直流I-V特性与理想模型的偏离1、实际直流I-V特性的特点（1）反向：反向V↑，增大（2）正向：正向电流较小时，正向电流较大时，正向电流一般大小时，2、实际与理想I-V特性曲线对比I-V特性曲线正偏实际反偏实际V正偏理想3、引起偏离的原因偏离原因一势垒区产生电流对PN结反向电流的影响分析：反偏时势垒区总电场大于平衡时内建电场→势垒区边界处少子浓度为零→势垒区内部载流子浓度为0，即低于平衡时浓度→势垒区内部有载流子的“净产生”→产生的电子-空穴对

3、立即被势垒区的强电场扫向n区和p区→使反向电流I增大3、引起偏离的原因分析后得增大也增大－XpXn0反偏时少子浓度分布图np0Pn0np0E3、引起偏离的原因偏离原因二势垒区的复合电流对正向小电流特性的影响分析：平衡时势垒区中非平衡下势垒区中的载流子表达式为在在3、引起偏离的原因可知势垒区中正偏时，从区向区注入→势垒区中→势垒区中出现“净复合”所以，3、引起偏离的原因-xpxn注入空穴注入电子3、引起偏离的原因偏离原因三大注入时对正向大电流特性的影响（1）定量分析大注入A、定义：当注入某区的非平衡少子浓度比该区的平衡多子浓度还大时，便发生大注入。

4、B、大注入条件3、引起偏离的原因当发生大注入时，该区的平衡多子浓度可以忽略边界条件大注入时注：在正向电压下，当n区有浓度为的非平衡空穴注入后，为了保持大体上的电中性，在该区出现几乎相同浓度的非平衡电子，即大注入效应将与两式代入求得同理P区发生大注入时P区与边界处的少子浓度关系式为大注入效应大注入条件下的自建电场由于电子不可能像空穴那样从P区得到补充，所以电子的浓度梯度绝对值要小于空穴的浓度梯度绝对值。就非平衡载流子而言，在靠近势垒区，电子的浓度略小于空穴浓度，而在远离势垒区的地方，电子浓度略大于空穴浓度，电荷在空间上的分离就产生了一个自建电场大注

5、入效应浓度xN区空穴电子0大注入下载流子分布E大注入效应自建电场使电子向左作漂移运动，并足以抵消电子原有的扩散运动，使电子电流为零。由上式求出大注入电场根据爱因斯坦关系和载流子浓度关系转化得到大注入效应N区发生大注入时，空穴电流密度与外加电压之间的关系同样可以得到N区发生大注入时，电子电流密度与外加电压之间的关系大注入效应当电流很大时，某区出现了大注入效应，这时注入到另一区的电流相对较小，总的PN结电流的伏安特性取决于大注入一侧的伏安特性。曲线的斜率较为平坦，曲线的斜率从小注入的(q/kT)过度到大注入的(q/2kT)大注入效应转折电压从小注入过

6、度到大注入的电压称为转折电压（也叫膝电压），用VK表示。根据小注入时的电压电流关系大注入时大注入效应大注入时I-V曲线正偏实际V正偏理想IKVK大注入效应得到N区的转折电压为类似得到P区的转折电压为注：当外加电压小于VK时为小注入，当外加电压大于VK时为大注入。大注入效应将VK代入相应的小注入或大注入扩散电流密度方程，可以求出发生大注入时的正向电流密度，即为转折电流密度2.4PN结的小信号特性与扩散电容一、PN结的小信号特性小信号近似：在直流工作点上有一个很小的电压变化量△V，由于△V很小，以至于在△V范围I-V关系可以用线性近似，则非线性在工作

7、点处线性处理V0VI一、PN结的小信号特性1、小信号的理论分析思路：解混合信号的半导体扩散方程，在频率不很高的情况下，得到PN结的小信号交流导纳为在的低频下，由于其中为PN结的直流增量电导为PN结的扩散电容二、扩散电容1、定义PN结加上正向电压时，由于少子的注入，在扩散区域内都有一定数量的少子和等量的多子的积累，而且它们的浓度随着正向电压的变化而变化，从而形成了扩散电容。二、扩散电容2、定量分析（以N区的少子空穴为对象）N区中非平衡少子空穴的总数为单位面积的扩散电容为二、扩散电容同理可得，P区中少子电子表现的扩散电容单位面积上总的微分扩散电容为3

8、、讨论（1）以上分析时浓度分布用的是稳态分布情况，所以结论近似用于低频情形（2）由于扩散电容随正偏电压呈指数增加，所以在大的正偏电压时，