6PN结电容.ppt

1、第1页,2010年12月16日星期四,6.4 pn 结电容 电容：两极板上的电荷随电压的变化关系可用电容表示。在交流信号作用下，pn结会失去单向导电性，说明有电容作用。 在pn结中，有两类电荷会随外加电压变化： 势垒区中的杂质离子电荷是随着外加偏置电压而变化的，由此引起的电容效应称为势垒电容，以CT 表示；,第2页,2010年12月16日星期四,pn在偏置下，在结两侧的扩散区内，各存在着两组过剩载流子，它们的数量也随着外加电压的变化而变化。这种电容效应称为扩散电容，以CD表示。 一、势垒电容CT 势垒电容的定义为： 其中：QT 为势垒区中正电荷或负电荷量，V 为外加电压。 突变结情况,第3页,

2、2010年12月16日星期四,pn结中电场、电位分布与pn结能带图 探讨电场、电位分布，从三组基本方程中的泊松方程着手。 在空间电荷区中做以下近似： 1、耗尽层近似：在(-xTp, xTn)中，n(x)=0，p(x)=0； 在(-xTp, xTn)外，n(x)=n0，p(x)=p0； 2、假定杂质全部电离nD+=ND，pA-=NA,第4页,2010年12月16日星期四,突变结： 1）突变结的电场分布,第5页,2010年12月16日星期四,讨论 在x = 0 点，电场是连续的，即: 1(0) = 2(0)， ND .xTN = NA .xTP （此式的意义是空间电荷区中正负电荷数相等）。 在空间

3、电荷区中，电场最强点在x = 0 点，其值为： 2）突变结的电位分布 同样，求解需要分成两个区域：（ -xTp , 0）和（0 , xTn ）,第6页,2010年12月16日星期四,第7页,2010年12月16日星期四,讨论： 在x=0点，电势连续，即：,此式连同电场在x=0点连续的结果： ND .xTN = NA .xTP，可以解出 xTN，xTP的具体数值,PN结的空间电荷区宽度，主要由掺杂浓度低的一边决定。,第8页,2010年12月16日星期四,势垒高坡阻止了电子的扩散趋势，使之达到平衡,第9页,2010年12月16日星期四,第10页,2010年12月16日星期四,求解空间电荷区的电场、

4、电位分布时，我们得到：,第11页,2010年12月16日星期四,当存在外加电压V 时，上式变为： 求得：,第12页,2010年12月16日星期四,第13页,2010年12月16日星期四,线性缓变结的电位分布：,线性缓变结的接触电势电位分布差：,第14页,2010年12月16日星期四,第15页,2010年12月16日星期四,线性缓变结情况 在前面的内容，求空间电荷区电场、电位分布时得出 在外加电压V 下，有：,第16页,2010年12月16日星期四,讨论： CT是微分电容，随反向偏压的增加，xD增加， CT下降。 无论突变结，缓变结，其ln CT与lnV之间都是线性关系： 突变结，斜率为-1/2, 缓变结，斜率为-1/3, 据此，可以区分出这两种结的类型。由x轴和y轴截距，分别可以求出掺杂浓度或浓度梯度及接触电势差VD,第17页,2010年12月16日星期四,二、扩散电容CD 扩散电容CD 是两电容的并联 N 型侧的过剩载流子电容CDN 与P 型侧的过剩载流子电容CDP 的并联。 在N 型侧：从过剩载流子分布入手：,第18页,2010年12月16日星期四,在P 型侧，从过剩载流子分布入手： 总扩散电容CD 是P 型侧和N 型侧之和,第19页,2010年12月16日星期四,讨论 CD 随正向偏压的增加而增加； 需要指出的是：这里计