半导体器件物理-PN结直流伏安特性定量分析

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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.2XDPhysicsofSemiconductordevice1.3理想PN结直流伏安特性1理想PN结模型2PN结直流伏安特性

2、定性分析3PN结直流伏安特性定量分析微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.3XDPhysicsofSemiconductordevice一.理想PN结模型1.理想PN结模型近似条件1)耗尽层近似：空间电荷区的边界存在突变，并且耗尽区以外的半导体区域是电中性的。耗尽层不存在多余的离散离子；2)载流子的统计分布采用波尔兹曼分布近似；3)小注入假设Low-levelinjection：即注入的少数载流子浓度小于多数载流子浓度，掺杂都离化；4)在耗尽层内不存在产生-复合电流，并且在整个耗尽层内，电子电流和空穴电流恒定：PN结内的电流处处相等；PN结内的电子电流与空穴电流分别为连续函数；耗尽

3、区内的电子电流与空穴电流为恒定值；微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.4XDPhysicsofSemiconductordevice一.理想PN结模型2.近似条件(2)（玻尔兹曼分布）的应用：微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.5XDPhysicsofSemiconductordevice二.理想PN结直流伏安特性的定性分析1.零偏情况微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.6XDPhysicsofSemiconductordevice二.理想PN结直流伏安特性的定性分析2.反偏情况微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.7XDPhysicsofSemicon

4、ductordevice二.理想PN结直流伏安特性的定性分析3.正偏情况微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.8XDPhysicsofSemiconductordevice理想PN结伏安特性的定性分析ForwardBiasPN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.9XDPhysicsofSemiconductordevice三.理想PN结直流伏安特性的定量分析1SolutionStrategy2IdealPNModel3MinorityCarrierConcentration4I-VCh

5、aracteristicsExpression微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.10XDPhysicsofSemiconductordevice一、PN结伏安特性定量分析解决思路JJx()Jx()pnnJDeenEnnnxpJenEDepnpx1.Calculatetheminoritycarrierconcentrationinthequasineutralregionsonthep-andn-sideofthejunctionbysolvingthecontinuityequation2.Calculatetheminoritycarriercur

6、rentdensitiesattheedgesofthedepletionregionx=xnandx=-xp3.Calculatethetotalcurrentdensityflowingthroughthediodebyaddingtheholeandelectronminoritycarrierdensity,assumingnogeneration/recombinationeffectsinthedepletionregion微电子学院理想PN结直流伏安特性的定量分析.11XDPhysicsofSemiconductordevice二.理想PN结模型（IdealPNJuncti

7、onModel）1、一维理想PN结结构：PND,L,Dp,Lp,pnnnwpxpx0xnwnx（1）一维；One-dimensionalpn-junction；（2）各区均匀掺杂,Homogeneousdoping,i.e.NA(x),ND(x)=const.;asaresult,thejunctionsaretreatedasstepjunctions；（3）长二极管（中性区宽度远大于少子扩散长度）;wnL