半导体器件物理课件公开课一等奖课件省赛课获奖课件

第二章PN结●热平衡PN结●加偏压PN结●抱负PN结直流电流-电压特性●空间电荷区复合电流和产生电流●隧道电流●I-V特性温度依赖关系●耗尽层电容●PN结二极管频率特性●PN结二极管开关特性●PN结击穿第1页引言PN结是几乎所有半导体器件基本单元。除金属－半导体接触器件外，所有结型器件都由PN结组成。PN结本身也是一种器件－整流器。PN结含有丰富物理知识，掌握PN结物理原理是学习其它半导体器件器件物理基础。由P型半导体和N型半导体实现冶金学接触（原子级接触）所形成构造叫做PN结。任何两种物质（绝缘体除外）冶金学接触都称为结（junction）,有时也叫做接触（contact）。1.PN结定义：第2页引言2.几个分类：因此PN结有同型同质结、同型异质结、异型同质结和异型异质结之分。广义地说，金属和半导体接触也是异质结，不过为了意义更明确，把它们叫做金属－半导体接触或金属－半导体结（M-S结）。

同质结：由同种物质组成结（如硅）；异质结：由不一样种物质组成结（如硅和锗）

；同型结：由同种导电类型物质组成结（如P-硅和P-锗、N-硅和N-锗）；异型结：由不一样种导电类型物质组成结（如P-硅和N-硅、P-锗和N－锗）；第3页引言3.采取硅平面工艺制备PN结主要工艺过程(a)抛光处理后型硅晶片(b)采取干法或湿法氧化工艺晶片氧化层制作

(c)光刻胶层匀胶及坚膜

（d)图形掩膜、曝光

(e)曝光后去掉扩散窗口胶膜晶片n-

Si光刻胶SiO2N+（f)腐蚀SiO2后晶片

第4页引言采取硅平面工艺制备PN结主要工艺过程(g)完成光刻后去胶晶片

(i)蒸发/溅射金属

（j）PN结制作完成

(h)通过扩散（或离子注入）形成PN结P-

SiN-

SiSiO2N+第5页引言4.突变结与线性缓变结

1)突变结：

P区和N区杂质过渡陡峭单边突变结（一侧杂质浓度远远大于另一侧质浓度突变结）第6页引言4.突变结与线性缓变结

2)线性缓变结：

在线性区：两区之间杂质过渡是渐变第7页2.1热平衡PN结1.PN结空间电荷区形成（热平衡系统费米能级恒定原理）在形成结之前N型材料中费米能级接近导带底，P型材料中费米能级接近价带顶。当N型材料和P型材料被连接在一起时，费米能级在热平衡时肯定恒等。p

n

CE

FE

iE

VE

0yq

漂移

漂移

扩散

扩散

E

ny

py

（a）在接触前分开P型和N型硅能带图（b）接触后能带图第8页多子扩散和少子漂移达成动态平衡1.空间电荷区浓度差多子扩散运动形成空间电荷区形成内建电场促使少子漂移制止多子扩散第9页内建电场：

空间电荷区中正、负电荷间产生电场，其方向由n区指向p区。平衡p-n结：

载流子在内建电场作用下，漂移运动和扩散运动相抵时，所达成动态平衡（p-n结净电流为零）。

++++++------空间电荷区内建电场第10页形成扩散电流并增加空间电荷区宽度平衡时平衡p-n结形成漂移电流并减小空间电荷区宽度空间电荷区宽度也达成稳定，电流为零多子扩散运动少子漂移运动第11页2.1热平衡PN结2.PN结空间电荷区形成（热平衡系统划分）恒定费米能级条件是由电子从N型一边转移至P型一边，空穴则沿相反方向转移实现。电子和空穴转移在N型和P型各边分别留下未被赔偿施主离子和受主离子。它们是荷电，固定不动，称为空间电荷。空间电荷存在区域叫做空间电荷区。（c）与（b）相对应空间电荷分布第12页2.1热平衡PN结3.几个概念耗尽近似：在空间电荷区，与电离杂质浓度相比，自由载流子浓度能够忽视，这种近似称为耗尽近似。因此空间电荷区也称为耗尽区（又称为耗尽层）。在完全耗尽区域，自由载流子密度为零。内建电势差：由于内建电场，空间电荷区两侧存在电势差，这个电势差叫做内建电势差（用表达）。势垒区：N区电子进入P区需要克服势垒，P区空穴进入N区也需要克服势垒。于是空间电荷区又叫做势垒区。中性近似：假设耗尽区以外，在杂质饱和电离情况下，多子浓度等于电离杂质浓度，因而保持电中性，因此PN结空间电荷区外部区域常称为中性区。中性区自由载流子浓度与杂质浓度相等，不存在电场。第13页2.1热平衡PN结4.空间电荷区内建电势差(N型一边和P型一边中性区之间电位差）办法一：（中性区电中性条件）由一维泊松方程：取费米势为零基按时：（2-1-2b）由中性区电中性条件，即电荷总密度为零。得到：即：（2-1-4）第14页2.1热平衡PN结办法一：（中性区电中性条件）（2-1-5）对于N型中性区，假设，。即

，连并（2-1-2a）代入（2-1-4）中，得N区中性区电势为：采取同样办法，得到P型中性区电势为：（2-1-6）因而，在N型一边与P型一边中性区之间电位差为（2-1-7）第15页2.1热平衡PN结办法二：（费米能级恒定）从费米能级恒定观点来看，热平衡PN结具有统一费米能级。形成PN结之前N区费米能级比P区费米能级高。形成PN结之后，费米能级恒定要求N区费米能级相对P区费米能级下降，则原费米电势差

即PN结中N型与P型中性区间电势差。未形成PN结之前N区（P区）电子（空穴）浓度为：能够得到分别费米能级为：再由热电势，得：第16页办法三：（在平衡状态下，净空穴电流密度为零）并可深入求出内建电势为从上式可解出内建电场，由于，，故得：第17页2.1热平衡PN结5.利用Poisson方程求解单边突变结(P+N)SCR内建电场、内建电势、内建电势差和耗尽层宽度N侧Poisson方程：P侧Poisson方程：空间电荷电中性：空间电荷层宽度：对于单边突变结：单边突变结电荷分布、电场分布、电势分布第18页2.1热平衡PN结对N侧Poisson方程边界条件：应用做一次积分：得：边界条件：再次积分：第19页2.1热平衡PN结很小，由电势连续性，内建电势差：——扩散电势或自建电势——热平衡下势垒高度耗尽层宽度：思考：利用Poisson方程求解突变结SCR（非单边）内建电场、内建电势、内建电势差和耗尽层宽度第20页2.1热平衡PN结6.学习要求1)掌握下列名词、术语和基本概念：PN结、突变结、线性缓变结、单边突变结、空间电荷区、耗尽近似、中性区、内建电场、内建电势差、势垒。2)分别采取费米能级和载流子漂移与扩散观点解释PN结空间电荷区（SCR)SpaceChargeRegion)形成3)正确画出热平衡PN结能带图（图2-3a、b）。4)利用中性区电中性条件导出空间电荷区内建电势差公式：5)解Poisson方程求解单边突变结SCR内建电场、内建电势、内建电势差和耗尽层宽度。（2-1-7）第21页第22页2.2加偏压PN结1.加偏压PN结能带图1)热平衡时2)加正向偏压时耗尽层宽度为耗尽层宽度为第23页2.2加偏压PN结加正向偏压时远离PN结空间电荷区中性区准费米能级

和

。偏压

使热平衡费米能级分裂，N区准费米能级

相对P区准费米能级

上移

。对应地，N区各个能级上移

。势垒高度降至。在空间电荷区由于，能够以为费米能级

和

通过空间电荷区时分别不变。在空间电荷区N侧，空穴准费米能级从

逐渐升高,最后与准电子费米能级

相等。这个空穴准费米能级变化区域，称为空穴扩散区。类似地，在空间电荷区P侧

逐渐下降,最后与空穴准费米能级相等。这个电子准费米能级变化区域，称为电子扩散区。第24页2.2加偏压PN结3)加反偏压时耗尽层宽度为N区接正电位，在远离PN结空间电荷区中性区，

及诸能级相对P区

下移

。在空间电荷区由于载流子耗尽，通过空间电荷区时

和

不变。势垒高度增加至，增高势垒阻挡载流子通过PN结扩散，通过PN结电流非常小，结阻抗很高。耗尽层宽度（突变结）：（2-2-1）第25页2.2加偏压PN结4)根据载流子扩散与漂移观点分析结单向导电性

正偏压使空间电荷区内建电势差由下降到

打破了PN结热平衡，使载流子扩散运动占优势即造成少子正向注入且电流很大。反偏压使空间电荷区内建电势差由上升到

同样打破了PN结热平衡，使载流子漂移运动占优势,这种漂移是N区少子空穴向P区和P区少子电子向N区漂移，因此电流是反向且很小。第26页2.2加偏压PN结在正偏压下，外加电压减少了PN结势垒，加强了电子从N侧到P侧扩散以及空穴从P侧到N侧扩散。2.少数载流子注入与输运1)结边缘少数载流子浓度——N侧和P侧平衡电子浓度——N侧和P侧平衡空穴浓度自建电势：（2-2-9）第27页2.2加偏压PN结加上偏压，结电势变为——N侧和P侧空间电荷层边缘电子浓度考虑低水平注入，得：类推得：——（2-2-11,12）空间电荷层边缘少数载流子浓度正向少子注入：当PN结加上正向偏压时，在结边缘反向少子抽取：当PN结加上反向偏压时，在结边缘1)结边缘少数载流子浓度第28页2.2加偏压PN结2)空间电荷效应和扩散近似在注入载流子存在区域，假设电中性条件完全得到满足。注入载流子通过扩散运动在电中性区中输运。这种近似称为扩散近似。在扩散近似下，稳态载流子输运满足扩散方程。注入PN结N侧空穴及其所造成电子分布第29页(2-2-3)空穴电流(2-2-4)(2-2-5)电子电流(2-2-6)第30页2.2加偏压PN结3.学习要求1)掌握名词、术语和基本概念：正向注入、反向抽取、扩散近似、扩散区2)正确画出加偏压PN结能带图。3)根据修正欧姆定律分析结单向导电性4)根据载流子扩散与漂移观点分析结单向导电性5)掌握反偏压下突变结，耗尽层宽度公式（2-2-1）6)导出少数载流子浓度公式（2-2-11）和（2-2-12）第31页第32页2.3抱负PN结直流电流－电压特性1.抱负P-N结基本假设及其意义1)外加电压所有降落在耗尽区上，耗尽区以外半导体是电中性，这意味着忽视中性区体电阻和接触电阻。2)均匀掺杂。无内建电场，载流子不作漂移运动。3)空间电荷区内不存在复合电流和产生电流。4)小注入，即5)半导体非简并第33页2.3抱负PN结直流电流－电压特性2.载流子分布满足边界条件解得解稳态扩散方程第34页2.3抱负PN结直流电流－电压特性2.载流子分布对于长二极管，上式简化为PN结P侧电子分布为少数载流子分布第35页2.3抱负PN结直流电流－电压特性3.电流分布对于长二极管，空穴注入所引发扩散电流为在空间电荷层边缘（2-3-8），空穴电流为空穴电流分布改写为（2-3-9）第36页2.3抱负PN结直流电流－电压特性3.电流分布（2-3-15）类似，电子电流分布为空穴电流分布为第37页2.3抱负PN结直流电流－电压特性3.电流分布公式（2-3-9）和（2-3-15）指出，由于少子电流沿远离PN结方向而e指数地减小。由于总电流相对于x来说肯定不变，才能满足电流连续性。因此多子电流必须伴随x增加而增加，以赔偿空穴电流下降。也就是说，少子电流通过电子

空穴正确复合不停地转换为多子电流。电子电流和空穴电流：忽视空间电荷区复合电流和产生电流，得总电流：——二极管饱和电流第38页2.3抱负PN结直流电流－电压特性4.PN结饱和电流几个体现方式(一般是反向饱和电流)抱负PN结饱和电流起源于扩散区内产生非平衡少数载流子。（2-3-21）（2-3-20）二极管饱和电流由电子扩散电流和空穴扩散电流两部分组成（2-3-18）（2-3-19）对于P+N(N+P)单边突变结，电子电流（空穴电流）能够忽视与半导体材料禁带宽度有密切关系。禁带宽度大，其值越小。第39页2.3抱负PN结直流电流－电压特性5.反向偏置PN结少子分布和电流分布（a）少数载流子分布（b）少数载流子电流（c）电子电流和空穴电流反向偏压——反向饱和电流——分别是PN结空穴扩散区和电子扩散区所发生空穴产生电流和电子产生电流第40页2.3抱负PN结直流电流－电压特性6.PN结典型电流

电压特性

PN结正向电流随外加电压e指数增加，反向电流则很小，这就是PN结单向导电性。第41页2.3抱负PN结直流电流－电压特性7.学习要求1)理解抱负PN结基本假设及其意义。2)根据公式（2-3-4）导出长PN结和短PN结少子分布体现式。3)导出公式（2-3-16）、（2-3-17)。4)根据公式（2-3-21）解释抱负PN结反向电流起源。5)画出正、反偏压下PN结少子分布、电流分布和总电流示意图。第42页2.4空间电荷区复合电流和产生电流1.复合电流（在正偏压时候出现）正偏压使得空间电荷层边缘处载流子浓度增加，以致，这些过量载流子穿越空间电荷层，使得超出平衡值，因此，在空间电荷层中会有复合。复合电流：考虑最大复合条件外加电压V时，在势垒区中，平衡时，可见：当V=0

时，np=ni2

，U=0

，不发生净复合；当V>0时，np>ni2

，U>0，发生净复合；当V<0时，np<ni2

，U<0，发生净产生。？？第43页其中：（2-4-5）得：最大复合率为:考虑最大复合影响外加电压V一定期，第44页2.4空间电荷区复合电流和产生电流图2-11衬底掺杂浓度为1016cm

3硅扩散结电流

电压特性低偏压：空间电荷区复合电流占优势偏压升高：扩散电流占优势更高偏压：串联电阻影响出现了（扩散电流为主）第45页2.4空间电荷区复合电流和产生电流2.扩散电流对于P+N结，当外加正向电压且V>>VT

时，把扩散电流记为3.复合电流与扩散电流比较（对于P+N结）上式表白，若越小，电压愈低，则势垒区复合电流影响愈大；半导体材料禁带宽度愈大，势垒区复合电流愈大；硅PN结比锗PN结势垒区复合电流大；PN结轻掺杂区杂质浓度愈大，势垒区复合电流愈大。

第46页2.4空间电荷区复合电流和产生电流4.产生电流（在反向偏压时候出现）PN结处于反向偏压，空间电荷区中，有：产生率：产生电流：由于空间电荷层宽度伴随反向偏压增加而增加因而反向电流是不饱和，产生电流也伴随反向偏压增加而增加。第47页2.4空间电荷区复合电流和产生电流5.学习要求理解并掌握概念：正偏复合电流反偏产生电流推导公式（2-4-2）、（2-4-5）、（2-4-9）理解低偏压下空间电荷区复合电流占优，伴随电压增加扩散电流越来越成为主要成份第48页2.5隧道电流1.量子力学隧道效应当PN结P侧和N侧均为重掺杂情况时，有些载流子也许穿透势垒而产生额外电流2.产生隧道电流条件（1）费米能级位于导带或价带内部；（2）空间电荷层宽度很窄，因而有高隧道穿透几率；（3）在相同能量水平上在一侧能带中有电子而在另一侧能带中有空状态。当结两边均为重掺杂，从而成为简并半导体时，（1）、（2）条件满足。外加偏压可使条件（3）满足。第49页2.5隧道电流3.隧道效应p(a)0K和没有外加偏压(b)外加正向偏压(c)外加正向偏压第50页2.5隧道电流4.隧道效应(d)外加正向偏压(e)外加反向偏压第51页2.5隧道电流5.隧道机制分析简化隧道穿透几率：——势垒高度——空间电荷层宽度（势垒厚度）代入得：（2-5-1）则隧道电流可为：——隧道电子速度第52页2.5隧道电流5.隧道机制分析若掺杂密度稍予减少，使正向隧道电流可予忽视，电流

电压曲线则将被变化成示于图2-14b中情形。这称为反向二极管第53页2.5隧道电流6.隧道二极管特点和应用上不足（1）隧道二极管是利用多子隧道效应工作。由于单位时间内通过结多数载流子数目起伏较小，因此隧道二极管具有较低噪声。（2）隧道结是用重掺杂简并半导体制成，由于温度对多子影响小，使隧道二级管工作温度范围大。（3）由于隧道效应本质是量子跃迁过程，电子穿越势垒极其迅速，不受电子渡越时间限制，因此能够在极高频率下工作。这种优越性能，使隧道二级管能够应用于振荡器，双稳态触发器和单稳多谐振荡器，高速逻辑电路以及低噪音微波放大器。由于应用两端有源器件困难以及难以把它们制成集成电路形式，隧道二极管利用受到限制。第54页7.学习要求理解产生隧道电流条件画出能带图解释隧道二极管I－V特性理解隧道二极管特点和不足2.5隧道电流第55页1.PN结处于正向偏置2.6温度对PN结I-V特性影响总电流（扩散电流）：（2-3-16）复合电流：（2-4-5）得：（2-6-1）式中随温度增加而迅速增加，可见在高于室温时，不太大正偏压（Si

0.3V）就使占优势。

第56页2.PN结处于反向偏置2.6温度对PN结I-V特性影响（2-6-2）伴随温度增加，增大，也是扩散电流占优势。无论是在正向还是反向偏置，PN结温度特性主要取决于二极管方程：（2-3-16）反向偏压情况下，二极管I－V特性温度效应：（2-3-18）（2-4-9）第57页3.PN结处于反向偏置2.6温度对PN结I-V特性影响相对来说，括号内参量对温度变化不敏捷。

（2-6-3）对T求导，所得成果除以，得到（2-6-4）反应了反偏压情况下，二极管I－V特性温度效应。20

40

60

80

100

101

102

103

100

VR=6V

T°C

第58页4.PN结处于正向偏置2.6温度对PN结I-V特性影响取（2-6-5）导出：代入（2-6-4）式，得到

（2-6-7）I，A

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

10-4

10-3

10-2

10-1

100

10-5

150°C

25°C

-55°C

V—V

结电压随温度变化十分敏捷，常用来精确测温和控温第59页5.学习要求理解PN结I－V特性温度依赖关系理解公式（2-6-3）、（2-6-7）、（2-6-8）2.6温度对PN结I-V特性影响第60页1.耗尽层电容

已经证明耗尽层宽度是偏置电压函数，由于在结两个半边内空间电荷直接正比于耗尽层宽度，则有：2.7耗尽层电容求杂质分布和变容二极管（2-7-1）空间电荷层小信号电容：得：（2-7-3）C称为过渡电容或耗尽层电容有时亦称为势垒电容第61页1.耗尽层电容

2.7耗尽层电容求杂质分布和变容二极管PN结空间电荷区空间电荷随外加偏压变化所引发电容。

常用关系：

（2-7-7）21C

0y

RV

1、根据该图中直线斜率能够计算出施主浓度。2、使直线外推至电压轴可求出自建电压。在截距处第62页2.求杂质分布

2.7耗尽层电容求杂质分布和变容二极管在杂质分布未知PN结中，能够利用电容

电压曲线描绘出轻掺杂一边杂质分布，此称求杂质分布。考虑任意杂质分布：（2-7-8）x

()xN

()WN

W

dW

式中

是在空间电荷层边缘处杂质浓度。由泊松方程，电场增量是与电荷增量之间具有如下关系：电场增量偏压增量具有如下关系：

（2-7-9）第63页2.求杂质分布

2.7耗尽层电容求杂质分布和变容二极管由

得：

——势垒电容把（2-7-9）式至（2-7-11）式代入（2-7-8）式并将成果重新整顿得到（2-7-12）（2-7-11）第64页3.求杂质分布程序

2.7耗尽层电容求杂质分布和变容二极管在不一样反偏压下测量电容：用（2-7-11）式求出以上不一样反偏压下空间电荷区宽度：画出相对曲线。从此曲线中取并将其成果代入（2-7-12）式计算出画出完整杂质分布注意：倘若出现高密度陷阱中心和界面态，如硅中掺金情形，前面分析必须加以修正，以适应这些荷电状态。

第65页3.求杂质分布程序

2.7耗尽层电容求杂质分布和变容二极管由劳伦斯和沃纳用计算机算出成果第66页3.求杂质分布程序

2.7耗尽层电容求杂质分布和变容二极管由劳伦斯和沃纳用计算机算出成果第67页4.变容二极管

2.7耗尽层电容求杂质分布和变容二极管根据（2-7-3）可见反向偏置PN结能够作为电容使用在LC调谐电路中。专门为此目标制造二极管称为变容二极管。结型二极管电容

电压方程可写成

：对于单边突变结，，如式（2-7-3）中所表达。第68页4.变容二极管

2.7耗尽层电容求杂质分布和变容二极管包括一种P-N结电容LC电路，其谐振频率可表达为（2-7-13）在电路应用中，总是希望在谐振频率和控制电压之间有线性关系，也就是说，要求。第69页5.学习要求掌握概念：耗尽层电容、求杂质分布、变容二极管掌握耗尽层电容公式（2-7-3）、（2-7-11）2.7耗尽层电容求杂质分布和变容二极管掌握C－V关系：公式（2-7-7）及其应用掌握求杂质分布概念及求解程序掌握使用图表2-18求电容办法理解变容二极管应用及其设计标准第70页PN结在小信号工作时特点：信号电流与信号电压之间满足线性关系，从物理上说，就是器件内部载流子分布变化跟得上信号变化。2.8PN结二极管频率特性器件频率特性：器件处理连续波时所体现出来性能。

器件开关特性（瞬变）：器件处理数字信号和脉冲信号时所体现出来性能。（大信号）PN结在大信号工作时特点：I－V特性和C－V特性等都是非线性。讨论PN结在小信号工作时，能够把电流、电压以及非平衡载流子瞬态值表达成直流成份与交流成份叠加：小信号条件：（2-8-1）第71页2.8PN结二极管频率特性空穴分布：1.少子边界条件（2-8-3）在PN结边缘N侧处，（2-8-7）对于采取近似：得：（2-8-3）式中：少子边界条件为:

（2-8-11）第72页2.8PN结二极管频率特性在N型中性区，把空穴分布2.交流少子连续性方程代入连续性方程：（2-8-4）式中得由于（2-8-5）第73页2.8PN结二极管频率特性3.交流少子分布（2-8-14）N区空穴交流分量对于长二极管（

）

（2-8-13）第74页2.8PN结二极管频率特性交流少子分布P区电子交流分量（2-8-16）（2-8-18）第75页2.8PN结二极管频率特性4.交流电流（2-8-15）（2-8-20）总交流电流

而空穴电流：

注入到P区电子交流分量：

得：

（2-8-18）第76页2.8PN结二极管频率特性5.二极管交流导纳二极管交流导纳定义为交流电流与交流电压之比：（2-8-22）其中为二极管正向电流直流成份。

直流电导也叫做扩散电导，其倒数叫做PN结扩散电阻。称为P-N结扩散电容。其性质如下：1、扩散电容在PN结正偏压情况下出现。偏压愈高，扩散电容愈大。反偏PN结不存在贮存电荷，因此不体现出扩散电容；2、工作电流愈大，扩散电容愈大；3、对于高频情形，存贮电荷跟不上结电压变化、很小，对于

低频情况，扩散电容尤其主要；4、减少少子寿命（硅材料中掺金）能够有效地减小扩散电容。第77页2.8PN结二极管频率特性6.二极管等效电路

在许多应用中，总是根据在使用条件下半导体器件各部分物理作用，用电阻，电容，电流源和电压源等组成一定电路来达成等效器件功能。这种电路叫做等效电路。PN结小信号交流等效电路如图2-20所示。——耗尽层电容——串联电阻——扩散电容——直流电导第78页2.8PN结二极管频率特性7.学习要求掌握概念：交流导纳扩散电导扩散电阻扩散电容等效电路掌握解扩散方程求出了交流少子分布、电流分布、交流电流掌握二极管等效电路第79页2.9PN结二极管开关特性1.二极管开关作用PN结二极管处于正向偏置时，允许通过较大电流，处于反向偏置时通过二极管电流很小，因此，常把处于正向偏置时二极管工作状态称为开态，而把处于反向偏置时工作状态叫作关态。可见结二极管能起到开关作用。第80页2.9PN结二极管开关特性2.PN结反向瞬变电流和电压延迟现象源于PN结电荷贮存效应第81页2.9PN结二极管开关特性3.PN结二极管电荷存放效应PN结加一恒定正向偏压时，载流子被注入并保持在结二极管中，在扩散区建立确定非平衡少数载流子分布，这种现象称为电荷存放效应。当正向偏压突然转至反向偏压时，在稳态条件下所保持载流子并不能立即消除。第82页2.9PN结二极管开关特性4.PN结反向瞬变定性解释

到则沿X轴正方向，于是电流反向。

1、在处注入载流子浓度结界面不停下降，注入载流浓度梯度2、注入非平衡少子浓度梯度不变，因此反向电流变成反向电流原因。

为常量。这就解释了当偏压由立即变成扩散电流之后，但在这一段时间内，由于在减小，因此平衡少子被清除完成，于是结电压为零。

仍然大于面上，因此PN结两端电压3、在也在减小，当时，能够以为，即所有注入非第83页2.9PN结二极管开关特性PN结反向瞬变定性解释

在，因而也愈来愈小，因此也愈来愈小，电流和电压波形中出现“尾巴”。（即达成稳定反偏状态之后）由于反向偏压PN结抽取作用，在面上达成反向偏压PN结稳定状态时分布情况，第84页2.9PN结二极管开关特性5.PN结反向瞬变定量分析（电荷控制分析办法

）

在

考虑长P+N结二极管电荷贮存效应。

N侧总贮存电荷定义为（2-9-1）对连续方性程从0至求一次积分（令）并利用（2-9-1）式，得到

（2-9-2）——电荷控制方程

第85页2.9PN结二极管开关特性PN结反向瞬变定量分析（电荷控制分析办法

）

在

为在所有贮存电荷被清除（定义贮存时间）所需要时间，从而

通过解依赖于时间连续性方程进行精确分析得到是（2-9-7）（2-9-8）第86页

2.9PN结二极管开关特性6.阶跃恢复二极管反向瞬变波形能够通过在二极管中引入一自建场进行修正。例如若在P+N二极管轻掺杂一侧杂质浓度为

（2-9-9）自建电场为：式中为在PN结处杂质浓度；a为常数。（2-9-10）于是注入非平衡少子空穴现有扩散运动，也有在自建场作用下漂移运动。自建场沿着-x方向，漂移电流也沿-x方向，方向当二极管由正向偏置转换到反向偏置之后，注入少子空穴开始反向流向空间电荷区，而此时自建场E将加速这种流动。

第87页2.9PN结二极管开关特性7.学习要求掌握概念：PN结二极管开关作用、反向瞬变、电荷贮存、贮存时间、电荷控制分析办法、阶跃恢复二极管根据PN结二极管少数载流子分布示意图定量地解释PN结二极管反向瞬变现象。利用电荷控制办法求得贮存时间并与严格解成果比较。掌握阶跃恢复二极管工作原理第88页2.10

PN结击穿1.PN结击穿当加在PN结上反偏压增加到一定数值，再稍微增加，PN结就会产生很大反向电流。这种现象叫做结击穿。击穿过程并非具有破坏性，只要最