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微电子器件课件23

2.3.2准费米能级在非平衡情形，不存在统一的费米能级，但同一种粒子在同一地点的能量分布仍与费米分布函数形式相同，为了能用类似描述平衡状态的公式来描述非平衡状态的载流子浓度分布，引入了

准费米能级

的概念。设

EFp与EFn分别为空穴与电子的准费米能级，且均可随x而变化，则非平衡状态时的空穴和电子浓度仍可表示为

耗尽区

中两种准费米能级之差为，因此有当外加正向电压时耗尽区中,这个差值就是势垒高度比平衡时降低的数值。耗尽区中同样有这个差值就是势垒高度比平衡时增高的数值。当外加反向电压时

小注入条件：注入某区边界附近的非平衡少子浓度远小于该区的平衡多子浓度。即：

2.3.3大注入效应

PN结在正向电压下，势垒区的两侧均有非平衡少子注入。以

N区为例，当有

pn注入时，由于静电感应作用，在

N区会出现相同数量的

nn以使该区仍保持大体上的

电中性。N区少子N区多子且

在N区中

xn

附近，或在P区中（-xp）附近，1、小注入条件与大注入条件

N区这时非平衡多子可以忽略，即：

大注入条件：注入某区边界附近的非平衡少子浓度远大于该区的平衡多子浓度。即：在N区中

xn

附近，或在P区中（-xp）附近，N区当N区发生大注入时，在xn处，由上式可知，pn=nn

或

nnpn=pn2另一方面，已知在有外加电压时，耗尽区中（包括耗尽区边界处）的载流子浓度乘积为2、大注入条件下的少子浓度边界条件

同理，当

P区发生大注入时，式（2-90a）和（2-90b）就是大注入下的少子浓度边界条件之一。于是可得：（2-90b）（2-90a）当N

区发生大注入时，在N

区有

nn=pn

，但由于电子不可能象空穴那样从

P区得到补充，所以电子的浓度梯度将略小于空穴的浓度梯度。N区3、大注入条件下的自建电场

电荷在空间上的分离形成了一个电场

E，它使空穴向右作漂移运动，加强了原有的扩散运动；同时使电子向左作漂移运动，抵消了原有的扩散运动。利用

Jn=0的条件可求出

大注入条件下的自建电场

E

。令：得：这相当于空穴电流仍只由扩散电流构成，但扩散系数扩大了一倍。这个现象称为

Webster效应。4、大注入条件下的PN结电流

将大注入自建电场代入空穴电流密度方程，得：利用N

区的大注入少子边界条件来求解扩散方程，可得到N

区内的少子分布为（以

xn处作为坐标原点）将大注入的

pn(x)表达式代入

Jp

中，得：同理，若

P区发生大注入时的电子电流为由此可见，当发生大注入时，PN结的电流电压关系为这时，PN结的lnI~V

特性曲线的斜率，将会从

小注入时的(q/kT)

过渡到

大注入时的(q/2kT)。

（2-94）（2-95）注入的程度取决于外加电压的大小。设由小注入向大注入过渡的

转折电压为

VK

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