PN结与二极管原理.ppt

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1、P-N结P-Njunction2.1平衡PN结2.1.1PN结的制造工艺和杂质分布2.1.2平衡PN结的空间电荷区和能带图2.1.3平衡PN结的载流子浓度分布2.2PN结的直流特性2.2.1PN结的正向特性2.2.2PN结的反向特性2.2.3PN结的伏安特性2.2.4影响PN结伏安特性的因素2.3PN结空间电荷区的电场和宽度2.3.1突变结空间电荷区的电场和宽度2.3.2缓变结空间电荷区的电场和宽度2.4PN结的击穿特性2.4.1击穿机理2.4.2雪崩击穿电压2.4.3影响雪崩击穿电压的因素2.5PN结

2、的电容效应2.5.1PN结的势垒电容2.5.2PN结的扩散电容2.6PN结的开关特性2.6.1PN结的开关作用2.6.2PN结的反向恢复时间2.6.3提高PN结开关速度的途径2.7金属半导体的整流接触和欧姆接触2.7.1金属半导体接触的表面势垒2.7.2金属半导体接触的整流效应与肖特基二极管2.7.3欧姆接触2.1平衡PN结在P型半导体与N型半导体的紧密接触交界处，会形成一个具有特殊电学性能过渡区域；平衡PN结——就是指没有外加电压、光照和辐射等的PN结。结面基体衬底（外延层）2.1.1PN结的杂

3、质分布状态合金法扩散法(主流)离子注入法突变结缓变结1016/cm31019/cm3结深与突变结相似2.1.2平衡PN结的空间电荷区和能带图空穴为少子电子为多子空穴为多子电子为少子接触前相互接触时，在交界面处存在着电子和空穴的浓度差，各区中的多子发生扩散，并复合、消耗；1、空间电荷区的形成空穴电子交界区域就形成了空间电荷区（也叫空间电荷层、耗尽层）空间电荷区中，形成一个自建电场电子空穴PN结=空间电荷区=耗尽层=内电场=电阻以带负电的电子为例：漂移运动电场力少子扩散运动浓度差多子动态平衡——两个相反的运

4、动大小相等、方向相反；思考：自建电场对各区中的少子发生什么影响？电子空穴由于耗尽层的存在，PN结的电阻很大。？2、能带状态图没有外加电压，费米能级应处处相等；即：两个区的费米能级拉平。各自独立时接触时电场电场方向是电势降落的方向；定义电势能：平衡后能带图是按电子能量的高低画P区电子的电势能比N区的高PN结接触电势差在空间电荷区内，能带发生弯曲，电子从势能低的N区向势能高的P区运动时，必须克服这个势能“高坡”——PN结势垒势能坡垒空间电荷区3、PN结接触电势差Forn-typeregionForp-typ

5、eregion即有式中ND、NA分别代表N区和P区的净杂质浓度；UD和PN结两侧的掺杂浓度、温度、材料的禁带宽度（体现在材料的本征载流子浓度ni上）有关。在一定温度下，N区和P区的净杂质浓度越大，即N区和P区的电阻率越低，接触电势差UD越大；禁带宽度越大，ni越小，UD也越大。室温下，硅的=0.70V，锗的=0.32VNA=1017/cm3ND=1015/cm32.1.3平衡PN结及两侧的载流子浓度分布空间电荷区少子少子多子多子扩散区分布按指数规律变化耗尽区或耗尽层——空间电荷区的载流子已基本被耗尽；n

6、:电子p:空穴Depletionlayer空间电荷区为高阻区，因为缺少载流子;自建电场2.2PN结的非平衡双向直流特性PN结非平衡状态——在PN结上施加偏置(Bias)电压；PN结的P区接电源正极为正向偏置(称正偏forwardbiased)，否则为反向偏置(称反偏reversebiased)，并假设：①P型区和N型区宽度远大于少子扩散长度；②P型区和N型区电阻率足够低，外加电压全部降落在势垒区，势垒区外没有电场；③空间电荷区宽度远小于少子扩散长度，空间电荷区不存在载流子的产生与复合；④不考虑表面的影响

7、，且载流子在PN结中做一维运动；⑤假设为小注入，即注入的非平衡少子浓度远小于多子浓度。Low-levelinjection2.2.1PN结的正向偏置特性1、正偏能带变化图非平衡平衡时外加电场势垒宽度变窄电场被削弱势垒高度降低正偏使势垒区电场削弱，破坏了原来的动态平衡，载流子的扩散作用超过漂移作用，所以有净扩散电流流过PN结，构成PN结的正向电流。2、外加多子正向注入效应非平衡不同区的少子浓度分布比较：平衡PN结注入之后都成为所在区域的非平衡少子。它们主要以扩散方式运动，即在边界附近积累形成浓度梯度，并向

8、体内扩散，同时进行复合，最终形成一个稳态分布。扩散长度电子空穴p两边的多子易通过势垒区电阻很小空穴电子3、正向扩散区边界少子浓度和分布空穴扩散区电子扩散区平衡被破坏，在扩散区和势垒区，电子和空穴没有统一的费米能级，这时只能用准费米能级表示。势垒区两边界的少子分布非平衡少子浓度随着距离的增加而按指数规律衰减。准费米能级边界4、正向电流转换和传输比较：平衡PN结漂移扩散复合扩散区中的少子扩散电流都通过复合转换为多子漂移电流。PN结内任意截面的电