正偏pn结的大注入效应.doc

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1、正偏pn结的大注入效应分析正向pn结的电流电压关系时，实际上假定了非平衡载流子在扩散区只有扩散运动，亦即扩散区为电中性的。当注入的非平衡载流子的浓度远低于多数载流子浓度时，即所谓小注入条件，上述假定是合理的。但如果注入的非平衡载流子与多数载流子的浓度相当，或大于多子浓度，即发生大注入时，扩散区的电中性假定不再成立。实验结果也指出，当pn结的电流密度较高时，半对数坐标平面上的电流电压关系曲线的斜率偏离q/kT，而趋于q/2kT。前面已经指出，正偏pn结空间电荷区直至空间电荷区边界处，都有(2.68)现以p+n结为例，如图所示，取n型侧空间电荷区边界为坐标

2、原点，则有(2.69)定义注入的空穴浓度等于n区电子浓度为临界大注入条件，这时(2.70)在大注入下，非平衡空穴形成浓度梯度的同时，电中性要求，必有相应的电子的浓度梯度的形成。载流子浓度梯度的存在，导致载流子从空间电荷区边界向n区内部扩散，空穴的扩散因有p区的注入而维持一定的浓度梯度(从而维持了外电路的稳定电流)。但电子的扩散无注入加以补充，导致近空间电荷区边界一侧电子欠缺，而在扩散区的另一侧电子过剩，电中性条件不再满足。在扩散区产生了指向n区内部的电场。电场的作用是使电子作反方向的漂移运动。当电子的扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，电场大小为定值，这

3、一电场就称为大注入自建电场，如图所示。大注入自建电场的存在，非平衡空穴在扩散区不仅作扩散运动，而且也作漂移运动。pn结空间电荷区外侧空穴扩散区内大注入自建电场的形成现在求大注入自建电场的大小。当电子的扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，扩散区的净电子电流为零，于是=0(2.71)所以(2.72)因电子的扩散运动，扩散区的电子浓度分布与空穴分布略有差异，但仍可近似认为两者分布相等。利用爱因斯坦关系，可得大注入自建电场可改写为(2.73)空穴电流(2.74)将大注入自建电场代入，得(2.75)此式表明，大注入自建电场的漂移作用，等效于使空穴扩散系数增大一倍。

4、大注入下，扩散区空穴分布函数形式不变，即(2.76)将此分布代入(2.75)式，并令x=0，得到p+n结大注入下的空穴电流密度表达式(2.77)这一关系式是大电流条件下，pn结电流-电压关系曲线斜率减小的原因之一。斜率减小的另一个原因是大电流下，半导体的体电阻上的压降不能再忽略不计。将小电流和大电流的情形一并考虑进去，可将pn结的电流电压方程写作下面的一般形式:(2.78)其中，n称为理想因子，其值在1~2之间变化。理想因子的测量常作为了解pn结特性的重要手段。