第二章-PN-结二极管.ppt

微电子器件基础,第2章PN结二极管,第2章PN结二极管,2.1直流特性2.2频率特性和开关特性2.3PN结的电击穿,2.1直流特性,2.1.1非平衡PN结处于一定偏置状态下的PN结称为非平衡PN结。当P区接电源的正极，N区接电源的负极，称为正向PN结。反之，则称反向PN结。,2.1直流特性,2.1.2、正向PN结（1）少子注入正向电压使势垒区宽度变窄、势垒高度变低外加电场与内建电场方向相反空间电荷区中的电场减弱破坏扩散与漂移运动间的平衡扩散运动强于漂移运动注入少子注入的少子边扩散边复合,2.1直流特性,（2）正向PN结中载流子的运动电流在N型区中主要由电子携带电流在P型区中主要由空穴携带通过PN结的电流存在电流载体转换的现象,2.1直流特性,2.1.3反向PN结（1）反向PN结的少子抽取反向电压使势垒区宽度变宽势垒高度变高外加电场与内建电场方向相同增强空间电荷区中的电场破坏扩散漂移运动平衡漂移运动强于扩散运动抽取少子,2.1直流特性,(2)反向PN结中载流子的运动,2.1直流特性,2.1.4V-I特性方程一、理想PN结模型（1）小注入。即注入的非平衡少数载流子浓度远低于平衡多子浓度,即掺杂浓度。（2）外加电压全部降落在势垒区，势垒区以外为电中性区。（3）忽略势垒区载流子的产生-复合作用。通过势垒区的电流密度不变。（4）忽略半导体表面对电流的影响。（5）只考虑一维情况。,2.1直流特性,二.坐标以xn、xp为坐标原点分别建立坐标系。步骤：求解“非少子”的扩散方程求“非少子”浓度的边界值求“非少子”浓度梯度分别求电子、空穴的扩散电流密度求PN结电流,2.1直流特性,2.1直流特性,2.1直流特性,2.1直流特性,肖克莱方程,2.1直流特性,单边结近似对于P+N结NAND对于N+P结NDNA,2.1直流特性,2.1.5V-I特性方程的讨论（1）（2）（3）小电流下，正向电流比理论值大；要考虑势垒复合电流的影响。（4）大电流下，正向电流比理论值小，势垒区以外存在大注入自建电场。（5）反向电流比理论值大；要考虑表面漏电流及势垒产生电流JG的影响。（6）当T升高时，JF增大，JR增大。,2.1直流特性,2.1.6大注入1.大注入定义：正偏工作，注入载流子密度等于或大于平衡多子的工作状态。2.大注入效应：内建电场，加速电导调制效应,2.2频率特性和开关特性,基本概念频率特性大信号工作小信号工作,2.2频率特性和开关特性,PN结大信号工作特点：ID-VA特性，CD-VA特性以及CT-VA特性都是非线性的PN结小信号工作特点：信号电流与信号电压之间满足线性变化关系,2.2频率特性和开关特性,小信号等效电路,2.3PN结的电击穿,2.3.1PN结击穿的含义PN结反向电压超过某一数值时，反向电流急剧增加的现象称为“PN结击穿”，这时的电压称为击穿电压（VR）,2.3PN结的电击穿,2.3.2产生击穿的机构,2.3PN结的电击穿,一、雪崩击穿PN结加大的反向偏压载流子从电场获得能量载流子与晶格碰撞能量足够大时价带电子被激发到导带产生一对电子空穴新形成的电子、空穴被电场加速，碰撞出新的电子、空穴载流子倍增硅PN结发生雪崩击穿的电场强度为105106V/cm非破坏性可逆击穿,2.3PN结的电击穿,二、隧道击穿反向偏压升高P区价带顶高于N区导带底当势垒区宽度较小P区价带电子按一定几率穿透势垒到达N区导带形成电子空穴对这种效应称“隧道效应”一般：隧道击穿的电压较低，如SiPN结，VB6.7V非破坏性可逆击穿,2.3PN结的电击穿,三、热击穿热损耗局部升温电流增加破坏性击穿,习题,1.考虑T=3