半导体器件物理 第八章pn结二极管.ppt

第八章 pn结二极管
pn结静态特性回顾
理想pn结正偏电流-电压特性
pn结的小信号模型
空间电荷区中的产生与复合电流（非理想特性）
pn结二极管的击穿特性
pn结二极管的开关特性
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同质pn结性质回顾
同一均匀半导体
冶金结
空间电荷区
内建电场
耗尽区
零偏pn结
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pn结的零偏、反偏和正偏
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§ PN结电流：定性描述
零偏状态下
内建电势差形成的势垒维持着p区和n区内载流子的平衡
内建电场造成的漂移电流和扩散电流相平衡
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§ PN结电流：定性描述
pn 结两端加正向偏压Va后， Va基本上全降落在耗尽区的势垒上；
由于耗尽区中载流子浓度很小，与中性p区和n区的体电阻相比耗尽区电阻很大。
势垒高度由平衡时的eVbi降低到了e(Vbi-Va) ；正向偏置电压Va在势垒区中产生的电场与自建电场方向相反，势垒区中的电场强度减弱，并相应的使空间电荷数量减少，势垒区宽度变窄。
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§ PN结电流：定性描述
产生了净扩散流； 电子：n区→ p区 空穴：p区→ n区
热平衡时载流子漂移流与扩散流相互抵消的平衡被打破：势垒高度降低，势垒区中电场减弱，相应漂移运动减弱，因而使得漂移运动小于扩散运动，产生了净扩散流。
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§ PN结电流：定性描述
在空间电荷区的两侧产生了过剩载流子；
通过势垒区进入p区的电子和进入n区的空穴分别在界面（-xp和xn）处积累，从而产生了过剩载流子。这称为正向注入，由于注入的载流子对它进入的区域来说都是少子，所以又称为少子注入。对于注入的少子浓度远小于进入区多子浓度的情况称为小注入。
边界上注入的过剩载流子，不断向体内扩散，经过大约几个扩散长度后，又恢复到了平衡值。
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§ PN结电流：定性描述
理想pn结电流－电压特性方程的四个基本假设条件：
pn结为突变结，可以采用理想的耗尽层近似，耗尽区以外为中性区；
载流子分布满足麦克斯韦－玻尔兹曼近似；
满足小注入的条件；
通过pn结的总电流是一个恒定的常数；电子电流和空穴电流分别在pn结中各处是连续函数；电子电流和空穴电流在pn结耗尽区中各处保持为恒定常数。
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§ PN结电流：理想I-V特性
推导理想pn结电流－电压特性方程时所用到的各种物理量符号如表所示
名 称
意 义
pn结内p区受主浓度
pn结内n区施主浓度
热平衡状态下n区内的多子电子浓度
热平衡状态下p区内的多子空穴浓度
热平衡状态下p区内的少子电子浓度
热平衡状态下n区内的少子空穴浓度
p区内总少子电子浓度
n区内总少子空穴浓度
空间电荷区边缘处p区内的少子电子浓度
空间电荷区边缘处n区内的少子空穴浓度
p区内过剩少数载流子电子浓度
n区内过剩少数载流子空穴的浓度
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§ PN结电流：理想I-V特性
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§ PN结电流：理想I-V特性
计算流过p-n结电流密度的步骤：
1、计算耗尽区边界处注入的过剩少子浓度。
2、以边界处注入的过剩少子浓度作为边界条件，求解扩散区中载流子连续性方程——双极输运方程。得到过剩载流子分布表达式。
3、将过剩少子浓度分布带入扩散电流方程得到扩散电流密度。
4 、将两种载流子扩散电流密度相加，得到理想p-n结电流电压方程。