半导体器件课件西安交通大学 pn_03_small-signal+tran.ppt

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1、小信号频率特性：在直流偏压上叠加一个幅度很小的交变信号时，器件所表现出的性能。直流偏压小正弦电压小信号小信号时，流过pn结的电流也可表示为直流量＋交流分量：第7章pn结小信号频率特性pn结低频小信号等效电路pn2、pn结势垒电容势垒区的电荷随外加偏压变化所引起的电容效应称为势垒电容（当外加电压有△V的变化时，耗尽区宽度会发生变化，使耗尽区的空间电荷出现△Q摆动）势垒电容是微分电容，定义为势垒电容也称为过渡电容或结电容突变结势垒电容（采用耗尽层近似）势垒电容在物理上等同于一个平行板电容器。单位面积势垒

2、电容可以简单地表示为：影响势垒电容大小的因素掺杂浓度：任意一边杂质浓度的提高，都会导致势垒电容的增加。偏置电压：反偏增加，势垒电容减小。面积：总的势垒电容与结的面积成正比引入V=0时的电容CJ0，势垒电容可表示为：突变结实际的缓变结：测量得到势垒电容随外加电压的变化关系称为C-V关系，它在器件的表征和测试工作中有广泛的应用。注意：1、上述计算公式是在耗尽层近似下得到的，适应于反偏、零偏，以及较小的正偏。2、对于大的反向电压，计算时可将内建电势略去。求解的方法：求解含时间的连续性方程，以得到交流小信号

3、下的少子浓度分布，从而得到交流小信号下少子的扩散电流。以p+n结为例，给出求解电流交流分量的方法1）交流小信号下的扩散电流3、正向偏置扩散导纳对于交流信号叠加在直流信号上的偏置条件，n型一侧中性区空穴的扩散方程是假定t时刻，在n区内任一点x处的空穴浓度也由直流分量和交流分量组成，即：把上式带入扩散方程，有：直流分量交流分量交流分量的解边界条件：分别计算直流和交流项，得到由于所以少子分布交流分量为：空穴扩散电流的交流分量：pn结小信号扩散导纳定义为：当时，由可得：式中称为pn结的扩散电导称为pn结的扩

4、散电容2）扩散电导和扩散电容扩散电导的物理意义pn结的扩散电导是直流工作点上I-V特性的斜率：反向偏置电压超过几个热电势时，电导趋于零。扩散电容的物理意义：扩散区中电荷随外加电压的变化所产生的电容效应，正向偏置时明显。随着信号频率的增加，载流子跟随交流信号会变得越发困难，当时准静态近似：假设载流子能够与交流信号保持同步耗尽区电荷随外加偏压的变化率（多子移进和移出耗尽层）与直流偏压成幂函数。反向偏置时起主要作用。扩散区电荷随外加偏压的变化率（少子移进和移出扩散区）与直流偏压成指数函数。正向偏置时起主要

5、作用。正偏时的势垒电容一般取零偏时势垒电容的2～4倍势垒电容与扩散电容page229pn结电容包括势垒电容和扩散电容，它们都是结电压的函数，其相对重要性强烈依赖于结电压。在反向偏置时，扩散电容可以忽略，pn结在功能上等效为一个势垒电容。在正向偏置下，扩散电容占主导地位，pn结等效为一个扩散电导和扩散电容的并联（但对于需要精确求解的实际问题，有必要计算正向偏置下的两类电容）重要的结论内建电势耗尽区宽度势垒电容设pn结的面积势垒电容在大多数情况下，数量级为pF例硅pn结假设则扩散电容为扩散电导为pn结具

6、有单向导电特性，可以作为开关使用。在开关工作时，pn结总是处于正偏（也叫“开态”）和反偏(也叫“关态”)的交替变化工作中。本节研究pn结以多快的速度由一种状态转变为另一种状态：瞬态关断特性：从开态到关态的切换过程瞬态开启特性：从关态到开态的切换过程第8章pn结开关特性（瞬态响应）理想开关的特性K闭合（开态）：流过开关的电流IC，开关两端的电压为零K打开（关态）：流过开关的电流为零，开关两端的电压VCC从开态到关态或从关态到开态的转换时间（开关时间）为零pn结从开态到关态的切换过程所需要的时间比从关态

7、到开态的的时间长的多，因此，瞬态关断特性是开关特性的主要方面。8.1、瞬态关断特性瞬态关断过程正偏转为反偏的简单电路注意，在开关切换后：反向电流并不立刻下降到与所加的反偏电压对应的稳态反偏电流上，而是在最终衰减到稳态值之前的一段时间内保持常数。反向电流保持为常数的这段时间称为存储时间ts，反向电流从IR衰减到0.1IR所需的时间称为下降时间tf。在存储时间内，pn结正偏，即使外加电压已到达使pn结反偏的程度。定义反向恢复时间为反向恢复时间也称为反向延迟时间。如果外加反偏电压VR的持续时间小于反向恢复

8、时间，则pn结在外加电压为反向偏置时也处于导通状态，开关的作用失效。通常把ts作为主要的品质因素来表征瞬态关断过程。样品的电流－时间瞬态关断特性（y轴为电压，它与通过二极管的瞬时电流成正比）瞬态响应测量系统延迟的物理机制pn结正向偏置时，扩散区内有少子的积累，反偏时，扩散区内的少子欠缺。电荷存储效应是开关延迟的根本原因pn结正向导通时非平衡少子在扩散区积累的现象称为电荷存储效应通过复合在原来位置消除载流子。通过载流子的净漂移完成。为了从开态转换到关态，开态时扩散区存储