PN结的直流电流电压方程.ppt

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1、PN结在正向电压下电流很大，在反向电压下电流很小，这说明PN结具有单向导电性，可作为二极管使用。2.2PN结的直流电流电压方程PN结二极管的直流电流电压特性曲线，及二极管在电路中的符号为本节的重点1、中性区与耗尽区边界处的少子浓度与外加电压的关系。这称为“结定律”，并将被用做求解扩散方程的边界条件；2、PN结两侧中性区内的少子浓度分布和少子扩散电流；3、PN结的势垒区产生复合电流P区N区xn-xp平衡PN结的能带图N区P区面积为Vbi2.2.1外加电压时载流子的运动情况外加正向电压V后，PN结势垒高度由qVbi降为q(Vbi-V)，xd与减小，PNx0平衡时外加正向电压时外加电

2、场内建电场面积为Vbi-V使扩散电流大于漂移电流，形成正向电流。势垒高度降低后不能再阻止N区电子向P区的扩散及P区空穴向N区的扩散，于是形成正向电流。由于正向电流的电荷来源是多子，所以正向电流很大。VP区N区0正向电流密度由三部分组成：1、空穴扩散电流密度Jdp(在N区中推导）2、电子扩散电流密度Jdn(在P区中推导）3、势垒区复合电流密度Jr(在势垒区中推导）外加反向电压V(V<0)后，PN结的势垒高度由qVbi增高到q(Vbi-V)，xd与都增大。PNx0平衡时外加反向电压时外加电场内建电场面积为Vbi-V面积为Vbi多子面临的势垒提高了，更不能扩散到对方区域中去了，但少子

3、面临的势阱也更深了，所以更容易被反向电场拉入对方区域，从而形成反向电流。由于反向电流的电荷来源是少子，所以反向电流很小。VP区N区0反向电流密度也由三部分组成：1、空穴扩散电流密度Jdp2、电子扩散电流密度Jdn3、势垒区产生电流密度Jg（Jg与Jr可统称为Jgr)外加电压V后，从而得：2.2.2势垒区两旁载流子浓度的玻尔兹曼分布可知平衡时在N型区与耗尽区的边界处即xn处的空穴浓度为根据平衡PN结内建电势Vbi的表达式上式说明：当PN结有外加电压V时，中性区与耗尽区边界处的少子浓度等于平衡时的少子浓度乘以exp(qV/kT)。以上两式常被称为“结定律”，对正、反向电压均适用。但

4、在正向时只适用于小注入。因此，在N型区与耗尽区的边界处，即xn处，同理，在P型区与耗尽区的边界处，即–xp处，（2-44）（2-45）2.2.3扩散电流求扩散电流的思路：首先确定少子浓度的边界条件；结合边界条件求解少子的扩散方程，得到中性区内非平衡少子浓度分布；将少子浓度分布代入略去漂移电流后的少子电流密度方程，即可得到少子扩散电流密度Jdp与Jdn。P区N区xn-xp假设中性区的长度远大于少子扩散长度，则根据结定律可得少子浓度的边界条件为对于非平衡少子，其边界条件为1、少子浓度的边界条件当外加正向电压且V>>kT/q(室温下约为26mV)时，非平衡少子的边界条件可简化为，当外

5、加反向电压且

6、V

7、>>kT/q时，直流情况下，又因，故可得由第一章的式（1-23），N区中的空穴扩散方程为式中，，称为空穴的扩散长度，典型值为10m。（1-23）2、中性区内的非平衡少子浓度分布P区内的非平衡少子电子也有类似的分布，即当N区足够长(>>Lp)时，利用pn(x)的边界条件可解出系数A、B，于是可得N区内的非平衡少子空穴的分布为扩散方程的通解为外加正向电压时PN结中的少子分布图P区N区注入N区后的非平衡空穴，在N区中一边扩散一边复合，其浓度随距离作指数式衰减。衰减的特征长度就是空穴的扩散长度Lp。每经过一个Lp的长度，非平衡空穴浓度降为1/e。P区N区外加反向电

8、压时PN结中的少子分布图N区中势垒区附近的少子空穴全部被势垒区中的强大电场拉向P区，所以空穴浓度在势垒区边界处最低，随距离作指数式增加，在足够远处恢复为平衡少子浓度。减少的空穴由N区内部通过热激发产生并扩散过来补充。假设中性区内无电场，所以可略去空穴电流密度方程中的漂移分量，将上面求得的pn(x)同理，P区内的电子扩散电流密度为（2-52a）（2-52b）3、扩散电流代入空穴扩散电流密度方程，得N区内的空穴扩散电流密度为PN结总的扩散电流密度Jd为当V=0时，Jd=0，当V>>kT/q时，当V<0且

9、V

10、>>kT/q时，Jd=-J0室温下硅PN结的J0值约为10-10A/cm

11、2的数量级。由于当V<0且

12、V

13、>>kT/q后，反向电流达到饱和值I0，不再随反向电压而变化，因此称I0为反向饱和电流。IVI00J0乘以PN结的结面积A，得4、反向饱和电流对J0的讨论与材料种类的关系：EG↑，则ni↓，J0↓；与掺杂浓度的关系：ND、NA↑，则pn0、np0↓，J0↓，主要取决于低掺杂一侧的杂质浓度；与温度T的关系：T↑，则ni↑，J0↑，因此J0具有正温系数。这是影响PN结热稳定性的重要因素。2.2.4势垒区产生复合电流由式（1-17），净复合率U可表为已知在中性区里，