微电子概论（第3版）课件2-3-2pn结单向导电性特点分析

IntroductiontoMicroelectronicsThirdEdition《微电子概论》（第3版）郝跃贾新章史江一目录2.正偏pn结电流的构成2.3.2pn结单向导电性解读3.反偏pn结电流的构成1.pn结单向导电性特点1．pn结单向导电性特点正偏，Va>0，则I>0，电流从p区流向n区正向电流I随Va增加急剧增加。Va绝对值增加，反向电流I几乎不变。反偏，Va<0，则I<0，电流反向流动称为反向饱和电流，记为Is。理想pn结I-V关系表达式：平衡条件下pn结电流为0的物理过程：复习：在平衡情况下，载流子的扩散作用与漂移作用相平衡，不存在载流子净流动，净电流为零。2．正偏pn结电流的构成正偏，Va>0，结上电压（Vbi-Va）<Vbi。→势垒区电场↓→漂移作用↓，而扩散作用不变→出现p区多子空穴向n区的净扩散流称为“注入（Injection）”。(1)电注入2．正偏pn结电流的构成(2)注入载流子的扩散

→注入到n区的空穴首先在n区势垒区界处(x=xn)积累，使得pn(xn)>pn0。→x=xn处积累的空穴继续向n区内部扩散运动形成从p区向n区的电流。2．正偏pn结电流的构成x=xn处空穴电流Ip(xn)就是从p区注入到n区的少子空穴扩散电流。(2)注入载流子的扩散

由于边界积累的少子浓度随着正偏电压Va的增加而指数增加，导致正偏情况下注入电流随着正偏电压Va的增加而指数增加。2．正偏pn结电流的构成从n区注入到p区的电子情况类似，形成从n区向p区的电子流。对应电子电流方向从p区向n区，这就是正向电流的方向。(2)注入载流子的扩散2．正偏pn结电流的构成x=-xp处电子电流In(-xp)就是从n区注入到p区的少子电子扩散电流。2．正偏pn结电流的构成

(3)正向偏置下的pn结电流

由理想pn结模型，总电流等于流过耗尽层两个边界处的少子电流之和。

I=Ip(xn)+In(-xp)

由于边界积累的少子浓度随着正偏电压Va的增加而指数增加，导致正偏情况下注入电流随着正偏电压Va的增加而指数增加。(4)正偏pn结电流的分量大小pn结电流由p区注入到n区的空穴流以及从n区注入到p区的电子流组成。结论：如果pn结两侧掺杂浓度差别很大，则正偏pn结电流主要由掺杂浓度高的重掺杂一侧多数载流子向另一侧注入的电流组成。如果p区掺杂浓度比n区大得多，则由p区注入到n区的空穴流将远大于从n区注入到p区的电子流，这时pn结电流主要由空穴电流组成。如果n区掺杂浓度比p区大得多，则pn结电流主要由电子电流组成。该结论是提高双极晶体管电流放大系数重要技术途径的依据。2．正偏pn结电流的构成(1)少数载流子的抽出3．反偏pn结电流的构成反偏，Va<0，结上电压（Vbi-Va）>Vbi→势垒区电场↑→漂移作用↑，而扩散作用不变→势垒区电场不但将p区向n区扩散的的空穴全部拉回p区，而且将n区势垒区边界处(x=xn)的少子空穴也拉向p区（称为少子抽出）。(2)内部少子向势垒区边界处扩散3．反偏pn结电流的构成由于“少子抽出”，pn(xn)趋于0，低于n区内部的平衡少子空穴浓度pn0。n区内部少子空穴向x=xn扩散扩散到势垒区边界处(x=xn)的少子空穴被势垒区电场拉向p区形成从n区抽出，流向p区的空穴电流x=xn处空穴电流Ip(xn)就是从n区抽出流向p区的少子空穴电流。(3)反向pn结电流3．反偏pn结电流的构成

p区的少子电子情况类似，形成从p区抽出流向n区的电子流。

对应的电子电流方向从n区向p区，这就是反向电流的方向。x=-xp处电子电流In(-xp)就是从p区被抽出流向n区的少子电子电流。由理想pn结模型，总电流：I=Ip(xn)+In(-xp)。(3)反向pn结电流3．反偏pn结电流的构成边界少子浓度趋于0，体内少子浓度很低，因此浓度梯度很小，反