第六章 pn结二极管：I-V特性ppt课件.ppt

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1、第六章pn结二极管：I-V特性6.1理想二极管方程将二极管电流和器件内部的工作机理，器件参数之间建立定性和定量的关系。6.1.1定性推导：分析过程，处理方法6.1.2定量推导：建立理想模型-写少子扩散方程，边界条件-求解少子分布函数-求扩散电流-结果分析。分析实际与理想公式的偏差6.2与理想情况的偏差分析存在那些偏差与造成偏差的原因1.热平衡状态6.1.1定性推导电子从n区扩散到p区需有足够的能量克服“势垒”。只有少数高能量的电子能越过势垒到达P区，形成扩散流。P区的电子到达n区不存在势垒，但是少子，少数电子一旦进入耗尽层，内建电场就将其扫进n区，形成漂移流。热平衡：电子

2、的扩散流=漂移流空穴的情况与电子类似2.加正偏电压势垒高度降低，n型一侧有更多的电子越过势垒进入p区，p区一侧有相同数目的电子进入耗尽层扫入n区，形成净电子扩散电流IN同理可分析空穴形成扩散电流IP。流过pn结的总电流I=IN+IP。因为势垒高度随外加电压线性下降，而载流子浓度随能级指数变化，所以定性分析可得出正偏时流过pn结的电流随外加电压指数增加。正偏时的能带/电路混合图3.反向偏置：势垒高度变高，n型一侧几乎没有电子能越过势垒进入p区，p区一侧有相同数目的电子进入耗尽层扫入n区，形成少子漂移流，同理n区的空穴漂移形成IP，因与少子相关，所以电流很小，又因为少子的漂移

3、与势垒高度无关，所以反向电流与外加电压无关。反偏时的能带/电路混合图6.1.2定量求解方案理想p-n结，满足以下条件的p-n结（1）二极管工作在稳态条件下（2）杂质分布为非简并掺杂的突变结p=n0-xp

4、结定律得耗尽层的边界条件P区n区边界条件：在空间耗尽层边界：pn结定律：欧姆接触边界条件6.1.3严格推导n区p区正偏时的过剩少子浓度分布6.1.4结果分析非对称结中，重掺杂一侧的影响较小，可忽略（4）载流子电流（4）载流子浓度作业题7：理想二极管的I-V曲线如何随温度而变化ln(I0)-T作业6.11热平衡耗尽层边界小注入条件成立：少子在准中性区的分布6.2与理想情况的偏差击穿Sipn结的I-V特性曲线1。理想理论与实验的比较耗尽层中载流子的复合和产生理想电流-电压方程与小注入下Gep-n结的实验结果符合较好，与Si和GaAsp-n结的实验结果偏离较大。实际p-n结的I

5、-V特性：（1）正向电流小时，实验值远大于理论计算值，曲线斜率q/2kT（2）正向电流较大时，实验值比理论计算值小（c段）（3）正向电流更大时，J-V关系不是指数关系，而是线性关系（4）反向偏压时，实际反向电流比理论计算值大得多，而且随反向电压的增加略有增加。6.2与理想情况的偏差2、反向偏置的击穿当反向电流超过允许的最大值时对应的反向电压的绝对值称为击穿电压VBR.对于p+n和n+p突变结二极管中，击穿电压主要由轻掺杂一边的杂质浓度决定p+n和n+p突变结，击穿电压随轻掺杂一侧杂质浓度的变化关系图雪崩倍增是主要击穿过程雪崩击穿和齐纳击穿小的反向电压时，载流子穿过耗尽层边

6、加速边碰撞，但传递给晶格的能量少。大的反向电压碰撞使晶格原子“电离”，即引起电子从价带跃迁到导带，从而产生电子空穴对。齐纳击穿隧穿效应：量子力学中，当势垒比较薄时，粒子能穿过势垒到达另一边。隧穿发生的两个条件：1、势垒一边有填充态，另一边同能级有未填充态2、势垒宽度小于10-6cm隧穿过程示意图反向偏置pn结二极管中隧穿过程的示意图齐纳击穿二极管的耗尽层宽度小于10-6cm，轻掺杂一侧的杂质浓度高于1017cm,齐纳过程比较显著，对应的二极管的击穿电压比较小，当VBR<6Eg/q,齐纳过程对二极管的击穿电流有明显贡献，当VBR<4Eg/q,齐纳过程起主导作用。雪崩击穿电压

7、随温度升高而增加齐纳击穿占主导时，击穿电压随温度升高而减小。齐纳击穿n区和p区都为简并掺杂的pn结称为隧道二极管n型材料的费米能级进入导带，p型材料的费米能级进入价带隧道二极管热平衡时的能带图隧道二极管势垒的三角形势近似隧道二极管电流电压特性的定性讨论零偏，电流，电压均为零加很小正偏压，n区导带中的电子与P区价带中的空态直接对应，发生遂穿，形成电流n区内的导带与p区内的价带中，能量相同的量子态达到最多，遂穿电流达到最大值偏压继续增大，n区与p区中能量相同的量子态在减少，遂穿电流下降n区与p区中能量相同的量子态数为零，遂穿电流为