《微电子PN结》PPT课件

《《微电子PN结》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、当在p-n结外加一电压，将会打乱电子和空穴的扩散及漂移电流间的均衡．如中间图所示，在正向偏压时，外加的偏压降低跨过耗尽区的静电电势．与扩散电流相比，漂移电流降低了．由p端到n端的空穴扩散电流和n端到p端的电子扩散电流增加了．因此，少数载流子注入的现象发生，亦即电子注入p端，而空穴注入n端．电流-电压特性电流－电压特性在反向偏压下，外加的电压增加了跨过耗尽区的静电电势，如中间图所示．如此将大大地减少扩散电流，导致一小的反向电流．电流－电压特性假设满足：①耗尽区为突变边界，且假设在边界之外，半导体为电中性．②在边界的裁流子浓度和跨过结的静电电势有关．③小注入情况，亦即注入的少数载流子浓度远小于多数

2、载流子浓度，即在中性区的边界上，多数载流子的浓度因加上偏压而改变的量可忽略．④在耗尽区内并无产生和复合电流，且电子和空穴在耗尽区内为常数．理想电流-电压特性：在热平衡时，中性区的多数载流子浓度大致与杂质浓度相等，下标0表示热平衡．因此，nn0和np0分别表示为在n和p侧的平衡电子浓度．故所以同理电流－电压特性可见，在耗尽区边界上，电子和空穴浓度与热平衡时的静电电势差Vbi有关.由假设②，可以预期在外加电压改变静电电势差时，仍然保持相同的关系式．当加上一正向偏压，静电电势差减为Vbi-VF；而当加上一反向偏压，静电电势差增为Vbi+VR。因此，上式可修正为其中nn和np分别是在n侧和p侧耗尽区边

3、界的非稳态电子和空穴的浓度．正向偏压时，V为正值，反向偏压时，V为负值．电流－电压特性在小注入情况下，注入的少数载流子浓度远比多数载流子要少，因此，nnnn0．将此条件以及式得到在p端耗尽区边界(x=-xp)的电子浓度代入可见，在正向偏压下，边界(-xp和xn)的少数载流子浓度实际上比平衡时要大；但在反向偏压下，少数载流子浓度比平衡时要小．上式定义了在耗尽区边界的少数载流子浓度．这些公式对理想电流-电压特性而言是最重要的边界条件．电流－电压特性在理想化的假设之下，耗尽区内没有电流产生，所有的电流来自中性区．对中性n区域，由于区域内没有电场，因此稳态连续方程式简化为以式和pn(x=)=pn0

4、为边界条件，上式的解为为n区空穴(少数载流子)的扩散长度．在x=xn处：电流－电压特性同理在电中性p区：为p区电子(少数载流子)的扩散长度少数载流子浓度分布如下图所示．电流－电压特性少数载流子离开边界时，注入的少数载流子会和多数载流子复合．电子和空穴电流如下图所示．在边界的电子和空穴电流由得到．在n区，空穴扩散电流以扩散长度Lp呈指数规律衰减；而在p区，电子扩散电流以扩散长度Ln呈指数规律衰减.电流－电压特性其中是Js饱和电流密度:通过器件的总电流为常数，且为上两式的总和，为理想二极管方程式：右图为理想电流-电压特性曲线．在V≥3kT/q时，p侧加上正偏压为正方向，电流增加量为常数，在反方向时

5、，电流密度在-Js达到饱和。电流－电压特性解:由例5：计算硅p-n结二极管的理想反向饱和电流，其截面积为2×10-4cm2．二极管的参数是：NA=5×1016cm-3，ND=1016cm-3，ni=9.65×109cm-3，Dn=21cm2/s，Dp=10cm2/s，p0=n0=5×10-7s.得到：和由截面积A=2×10-4cm2得到：电流－电压特性理想的二极管方程式，可以适当地描述锗p-n结在低电流密度时的电流-电压特性．然而对于硅和砷化镓的p-n结，理想方程式只能大致吻合，因为在耗尽区内有载流子的产生及复合存在．得到.首先，在反向偏压下，耗尽区内的载流子浓度远低于热平衡时的浓度．前一

6、章所讨论的产生和复合过程主要是通过禁带中产生-复合中心的电子和空穴发射，俘获过程并不重要．因为俘获速率和自由载流子的浓度成正比，而在反向偏压下耗尽区的自由载流子非常少．工作在稳态下，这两种发射过程交替地发射电子和空穴。电子-空穴对产生可以由产生-复合和大注入影响电流－电压特性其中g为产生寿命，是括号里表示式的倒数。考虑一简单的例子，其中n=p=0，上式可简化成在pn＜ni及nn＜ni的情况下在Et=Ei时，其产生率达到最大值，且随Et由禁带的中间向两边偏离时，其产生率呈指数下降．因此，只有那些能级Et靠近本征费米能级的产生中心，对产生率才有显著的贡献．电流－电压特性其中W为耗尽区宽度．

7、p+-n结的总反向电流，当NA>>ND和VR＞3kT/q时，可以被近似为在中性区的扩散电流和耗尽区的产生电流的总和，即在耗尽区的产生电流为对于ni较大的半导体，如锗，在室温下扩散电流占优势，反向电流符合理想二极管方程式．但是如果ni很小，如硅和砷化镓，则耗尽区的产生电流占优势．电流－电压特性解由式例6：一硅p-n结二极管的截面积为2×10-4cm2．二极管的参数是：NA=5×1016cm-3，ND