半导体器件物理-理想PN结与实际情况偏离

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1、西安电子科技大学PhysicsofSemiconductorDevices微电子学院双极型器件物理(双语)游海龙XDPhysicsofSemiconductordevice第一章：PN结二极管1－1平衡PN结定性分析1－2平衡PN结定量分析1－3理想PN结直流伏安特性1－4实际（Si）PN结直流I-V特性与理想模型的偏离1－5PN结交流小信号特性1－6PN结瞬态特性1－7PN结击穿1－8二极管模型和模型参数微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.2XDPhysicsofSemiconductordevice回顾理想PN结伏安特性的定性分析ForwardB

2、iasPN结二极管具有单向导电ReverseBiasEquilibrium图8.7PN结直流伏安特性微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.3XDPhysicsofSemiconductordevice第七讲实际（Si）PN结直流I-V特性与理想的偏离1Idealvs.RealIV-Characteristic2势垒产生电流对反向电流的影响3势垒复合电流对正向小电流特性的影响4大注入对PN结正向大电流特性微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.4XDPhysicsofSemiconductordevice一、Idealvs.RealIV-Characteristic

3、在绝大多数电压范围内，特性曲线与理论结果相吻合。正向偏置电流随外加电压迅速上升，而反向偏置电流在大部分测量电压范围内都保持很小且几乎为零。正向：只有中等电流时，理反向：实验值大于理论值，论与实验符合且随反向偏压的增加缓慢的增加。I(A)V(V)微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.5XDPhysicsofSemiconductordevice一、Idealvs.RealIV-Characteristic1.正向特性的两点偏离一般的电流范围内，实际情况基本理想模型符合；在很小电流范围：实际电流大于理想电流模型结果；大电流范围：实际电流小于理想模型结果。而且很小

4、电流范围与大电流范围，电流与外加电压的关系为：Exp（eVa/2kT）微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.6XDPhysicsofSemiconductordevice一、Idealvs.RealIV-Characteristic2.反向特性的两点偏离实际反向电流大于理想模型结果；实际反向电流不饱和，即随着反偏电压绝对值的增大而增大3.实际I-V曲线与理想I-V曲线的对比微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.7XDPhysicsofSemiconductordevice二、势垒产生电流对反向电流的影响Deviationsfromidealdiodec

5、haracteristic:•Reverse-biasbreakdown•Non-saturating“saturation”current•Diodecharacteristicinforwarddirectiondeviatesfromidealexponentialbehavioratlowandhighcurrents微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.8XDPhysicsofSemiconductordevice二、势垒产生电流对反向电流的影响1.定性分析：耗尽层载流子的热复合－产生，是室温下硅pn结在正向小偏压和全部反向偏压下的电流远大于理论

6、预测值的主要原因。有外加偏压时，耗尽层中任一点的载流子浓度满足如下公式2eVnforwardbias2kTinxpx()()nei2nreversebiasi正偏：有净复合耗尽层反偏：有净产生微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.9XDPhysicsofSemiconductordevice二、势垒产生电流对反向电流的影响ReverseBiasing•Carrierdensitiesinthedepletionregionbelowtheequilibriumconcentrations,resultinginincreasedcarriergen

7、eration微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.10XDPhysicsofSemiconductordevice二、势垒产生电流对反向电流的影响2.定量分析：Carrierconcentrationsindepletionregionaresmall:n≈0«niandp≈0«ni,thustheintegralbecomes微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.11XDPhysicsofSemiconductordevice二、势垒产生电流对反向电流的影响微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分