PN結與二極管原理.ppt

P N結 P Njunction 2 1平衡PN結2 1 1PN結的制造工藝和雜質分布2 1 2平衡PN結的空間電荷區(qū)和能帶圖2 1 3平衡PN結的載流子濃度分布2 2PN結的直流特性2 2 1PN結的正向特性2 2 2PN結的反向特性2 2 3PN結的伏安特性2 2 4影響PN結伏安特性的因素2 3PN結空間電荷區(qū)的電場和寬度2 3 1突變結空間電荷區(qū)的電場和寬度2 3 2緩變結空間電荷區(qū)的電場和寬度2 4PN結的擊穿特性2 4 1擊穿機理2 4 2雪崩擊穿電壓2 4 3影響雪崩擊穿電壓的因素 2 5PN結的電容效應2 5 1PN結的勢壘電容2 5 2PN結的擴散電容2 6PN結的開關特性2 6 1PN結的開關作用2 6 2PN結的反向恢復時間2 6 3提高PN結開關速度的途徑2 7金屬 半導體的整流接觸和歐姆接觸2 7 1金屬 半導體接觸的表面勢壘2 7 2金屬 半導體接觸的整流效應與肖特基二極管2 7 3歐姆接觸 2 1平衡PN結 在P型半導體與N型半導體的緊密接觸交界處 會形成一個具有特殊電學性能過渡區(qū)域 平衡PN結 就是指沒有外加電壓 光照和輻射等的PN結 結面 基體 襯底 外延層 2 1 1PN結的雜質分布狀態(tài) 合金法 擴散法 主流 離子注入法 突變結 緩變結 1016 cm3 1019 cm3 結深 與突變結相似 2 1 2平衡PN結的空間電荷區(qū)和能帶圖 空穴為少子 電子為多子 空穴為多子 電子為少子 相互接觸時 在交界面處存在著電子和空穴的濃度差 各區(qū)中的多子發(fā)生擴散 并復合 消耗 1 空間電荷區(qū)的形成 空穴 電子 交界區(qū)域就形成了空間電荷區(qū) 也叫空間電荷層 耗盡層 空間電荷區(qū)中 形成一個自建電場 電子 空穴 PN結 空間電荷區(qū) 耗盡層 內電場 電阻 以帶負電的電子為例 漂移運動電場力少子 擴散運動濃度差多子 動態(tài)平衡 兩個相反的運動大小相等 方向相反 思考 自建電場對各區(qū)中的少子發(fā)生什么影響 電子 空穴 由于耗盡層的存在 PN結的電阻很大 2 能帶狀態(tài)圖 沒有外加電壓 費米能級應處處相等 即 兩個區(qū)的費米能級拉平 各自獨立時 接觸時 電場 電場方向是電勢降落的方向 定義電勢能 平衡后 能帶圖是按電子能量的高低畫 P區(qū)電子的電勢能比N區(qū)的高 PN結接觸電勢差 在空間電荷區(qū)內 能帶發(fā)生彎曲 電子從勢能低的N區(qū)向勢能高的P區(qū)運動時 必須克服這個勢能 高坡 PN結勢壘 勢能坡壘 空間電荷區(qū) 3 PN結接觸電勢差 Forn typeregion Forp typeregion 即有 式中ND NA分別代表N區(qū)和P區(qū)的凈雜質濃度 UD和PN結兩側的摻雜濃度 溫度 材料的禁帶寬度 體現在材料的本征載流子濃度ni上 有關 在一定溫度下 N區(qū)和P區(qū)的凈雜質濃度越大 即N區(qū)和P區(qū)的電阻率越低 接觸電勢差UD越大 禁帶寬度越大 ni越小 UD也越大 室溫下 硅的 0 70V 鍺的 0 32V NA 1017 cm3 ND 1015 cm3 2 1 3平衡PN結及兩側的載流子濃度分布 空間電荷區(qū) 少子 少子 多子 多子 擴散區(qū) 分布按指數規(guī)律變化 耗盡區(qū)或耗盡層 空間電荷區(qū)的載流子已基本被耗盡 n 電子 p 空穴 Depletionlayer 空間電荷區(qū)為高阻區(qū) 因為缺少載流子 自建電場 2 2PN結的非平衡雙向直流特性 PN結非平衡狀態(tài) 在PN結上施加偏置 Bias 電壓 PN結的P區(qū)接電源正極為正向偏置 稱正偏forwardbiased 否則為反向偏置 稱反偏reversebiased 并假設 P型區(qū)和N型區(qū)寬度遠大于少子擴散長度 P型區(qū)和N型區(qū)電阻率足夠低 外加電壓全部降落在勢壘區(qū) 勢壘區(qū)外沒有電場 空間電荷區(qū)寬度遠小于少子擴散長度 空間電荷區(qū)不存在載流子的產生與復合 不考慮表面的影響 且載流子在PN結中做一維運動 假設為小注入 即注入的非平衡少子濃度遠小于多子濃度 Low levelinjection 2 2 1PN結的正向偏置特性 1 正偏能帶變化圖 非平衡 平衡時 外加電場 勢壘寬度變窄 電場被削弱 勢壘高度降低 正偏使勢壘區(qū)電場削弱 破壞了原來的動態(tài)平衡 載流子的擴散作用超過漂移作用 所以有凈擴散電流流過PN結 構成PN結的正向電流 2 外加多子正向注入效應 非平衡不同區(qū)的少子濃度分布 比較 平衡PN結 注入之后都成為所在區(qū)域的非平衡少子 它們主要以擴散方式運動 即在邊界附近積累形成濃度梯度 并向體內擴散 同時進行復合 最終形成一個穩(wěn)態(tài)分布 兩邊的多子易通過勢壘區(qū) 電阻很小 空穴 電子 3 正向擴散區(qū)邊界少子濃度和分布 空穴擴散區(qū) 電子擴散區(qū) 平衡被破壞 在擴散區(qū)和勢壘區(qū) 電子和空穴沒有統一的費米能級 這時只能用準費米能級表示 勢壘區(qū) 兩邊界的少子分布 非平衡少子濃度隨著距離的增加而按指數規(guī)律衰減 準費米能級 邊界 4 正向電流轉換和傳輸 比較 平衡PN結 漂移 擴散 復合 擴散區(qū)中的少子擴散電流都通過復合轉換為多子漂移電流 PN結內任意截面的電流是連續(xù)的 Forward activeregime 正向注入 5 PN結的正向電流 電壓關系 PN結內各處的電流是連續(xù)的 則通過PN結的任意截面電流都一樣 因此只要求出空間電荷區(qū)的交界面處的電子電流和空穴電流 就是總的PN結電流 N區(qū)非平衡少子 空穴的分布函數為 空穴擴散電流密度為 其中 負號表示載流子從濃度高的地方向濃度低的地方擴散即載流子的濃度隨增加而減小 在處 的邊界處 空穴電流密度為 同理 把注入P區(qū)邊界的非平衡電子的濃度 乘以電子的擴散速度 電量和PN結的截面積 便可以得到在處注入區(qū)的電子擴散電流 正向電流 電壓關系 I0是不隨外加正偏壓而變化的 在常溫 300K 下 可近似為 即 正向電流隨外加正偏壓的增加按指數規(guī)律快速增大 重要特性 2 2 2PN結的反向特性 1 反向抽取作用 反向PN結空間電荷區(qū)具有 抽取 少子的作用 電場加強 寬度變寬 平衡 非平衡 擴散 擴散 電場反向抽取 勢壘加高 注入少子 多子 比較 平衡PN結 多子被阻擋 無大電流少子做貢獻 微電流作用 電阻很大 2 反向邊界少子濃度和分布 2 平衡PN結 由于反向抽取 邊界處少子濃度低于平衡值 電場加強 擴散長度 少子 少子平衡值 反向偏置時 漂移大于擴散 少子平衡值 少子 邊界 邊界 負指數變化 反向電流的轉換和傳輸 本質 空穴電流 電子電流 漂移 掃過 擴散 反向電流實質上是在結附近所產生的少子構成的電流 一般情況下 少子濃度都很小 因而反向電流也很小 Reverseregime 少子 少子 邊界 電子電流 空穴電流 多子被阻擋 邊界 IR 2 反向飽和電流 反向電壓U和流過PN結的反向電流IR之間的關系為 為反向飽和電流 隨著反向電壓U的增大 IR將趨于一個恒定值 I0 因少子濃度與本征載流子濃度成正比 并且隨溫度升高而快速增大 所以 反向擴散電流對溫度十分敏感 隨溫度升高而快速增大 在300K時 UT 26mV 這時PN結處于截止狀態(tài) 呈現的電阻稱為反向電阻 其阻值很大 高達幾百千歐以上 令 2 2 3PN結的正 反向V A特性 將PN結的正向特性和反向特性組合起來 正向電流很小 導通電壓UTH 稱門檻電壓 正向電流達到某一明顯數值時所需外加的正向電壓 正常工作區(qū)的邊界 急劇增大 室溫時 鍺PN結的導通電壓約為0 25V 硅PN結為0 5V Eg q 反向飽和電流 圖有問題 單向導電性 正向電壓 正向導通 正向注入使邊界少數載流子濃度增加很大 成指數規(guī)律增加 電流隨著電壓的增加快速增大 反向電壓 反向截止 反向抽取使邊界少數載流子濃度減少 很快趨向于零 電壓增加時電流趨于 飽和 正向電阻小 反向電阻大 leakage 正向導通 多數載流子擴散電流 反向截止 少數載流子漂移電流 2 2 4影響PN結伏安特性的因素 簡述 V A特性的偏離原因 引起與實驗結果偏離的主要原因有 1 正向PN結空間電荷區(qū)復合電流 2 反向PN結空間電荷區(qū)的產生電流 3 PN結表面復合和產生電流 4 串聯電阻的影響 5 大注入的影響 大注入 High levelinjection 注入的非平衡少子濃度大于平衡時多子的濃度 6 溫度的影響 空間電荷的影響 分壓壓降的影響 小注入條件被破壞 少子的影響增強 本征激發(fā) 1 正向PN結空間電荷區(qū)復合電流 正偏時 由于空間電荷區(qū)內有非平衡載流子的注入 載流子濃度高于平衡值 濃度相差很大復合影響不顯著 濃度相差很大復合影響不顯著 電子和空穴濃度基本相等復合影響顯著 復合地點不同 通過空間電荷區(qū)復合中心的復合相對較強 2 反向PN結空間電荷區(qū)的產生電流 反偏時 由于空間電荷區(qū)對載流子的抽取作用 空間電荷區(qū)內載流子濃度低于平衡值 故產生率大于復合率 產生出來的電子 空穴對 產生電流是反向擴散電流之外的一個附加的反向電流 空間電荷區(qū)寬度隨著反向偏壓的增大而展寬 電荷區(qū)的數目增多 產生電流是隨反向偏壓增大而增大 3 PN結表面復合和產生電流 PN結的空間電荷區(qū)被延展 擴大 表面空間電荷區(qū)的寬度隨反向偏壓的增加而加大 跟PN結本身的空間電荷區(qū)寬度的變化大體相似 1 表面電荷引起表面空間電荷區(qū) 表面空間電荷區(qū)的復合中心將引起附加的正向復合電流和反響的產生電流 表面空間電荷越大 引起的附加的電流也就越大 界面態(tài)的復合和產生作用 也同樣由于表面空間電荷區(qū)而得到加強 它們對PN結也將引進附加的復合和產生電流 2 硅 二氧化硅交界面的界面態(tài) 表面溝道電流 表面漏導電流 襯底 正電荷較多 形成N型反型層 PN結面積增大 因而反向電流增大 表面玷污 引起表面漏電 也將產生反向電流增加 反偏 4 串聯電阻的影響 PN結的串聯電阻 包括體電阻和歐姆接觸電阻 RS RS 結上電壓降 當電流足夠大時 外加電壓的增加主要降落在串聯電阻上 電流 電壓特性近似線性關系 解決辦法 減小體電阻 5 大注入的影響 P N E 正向大電流 注入P區(qū)的非平衡少子電子將產生積累 維持電中性必然要求多子空穴也有相同的積累 多子空穴存在濃度梯度 使空穴產生擴散 一旦空穴離開 P區(qū)的電中性被打破 在P區(qū)必然建立起一個電場E 阻止空穴的擴散以維持電中性 該電場為大注入自建電場 該電場的方向是阻止空穴擴散 但有助于加速電子的擴散 修正的正向電流 P 相比小注入 大注入的特點 1 大注入時 空穴的電流密度與P區(qū)雜質的濃度無關原因 電中性的條件導致空穴的濃度等于少子電子的濃度 出現了空穴的積累 2 大注入時 少子電子的擴散系數增加一倍原因 P區(qū)產生自建電場 使少子電子擴散的同時 產生漂移3 小注入時 電流為 大注入時 電流為原因 電流增大后 電壓不完全降落在空間電荷區(qū)域 有一部分降落在P區(qū) 6 溫度的影響 隨溫度變化的程度 起決定作用的要算ni 隨著溫度的升高 PN結正 反向電流都會迅速增大 在室溫附近 鍺PN結 溫度每增加10 I0增加一倍 溫度每增加1 正向導通電壓下降2mV 硅PN結 溫度每增加6 I0增加一倍 溫度每增加1 正向導通電壓下降1mV 2 3PN結空間電荷區(qū)的電場和寬度 采用 耗盡層 近似 電子 空穴 空間電荷區(qū)不存在自由載流子 只存在電離施主和電離受主的固定電荷 空間電荷區(qū)邊界是突變的 邊界以外的中性區(qū)電離施主和受主的固定電荷突然下降為零 2 3 1突變結空間電荷區(qū)的電場和寬度 平衡時空間電荷區(qū)的寬度 Xm XP XN 寬度與它們的雜質濃度成反比 非對稱空間電荷區(qū) 凈施主濃度 凈受主濃度 結 P N 電場強度 等于通過單位橫截面積的電力線數目 在空間電荷區(qū)內各處是不相同的 平衡時最大場強為 半導體的電容率 交界面上 真空中每庫侖電荷發(fā)出的電力線數目為 在P區(qū) 在N區(qū) 突變結電場分布 場強最大 場強為零 場強為零 直線的斜率正比于摻雜濃度 s s 單邊突變結 若P區(qū)和N區(qū)的摻雜濃度相差很大 如PN 結 N區(qū)摻雜濃度遠遠大于P區(qū) 空間電荷區(qū)主要在P區(qū)一側 電場分布 寬度主要由低摻雜區(qū)N0決定 低摻雜P區(qū) 對于PN 結 N0 NA對于P N結 N0 ND N0 平衡時 非平衡時 XN 2 3 1突變結空間電荷區(qū)的電場和寬度 以單邊突變結為例子 空間電荷的寬度為 Xm XP XN XP N區(qū)與P區(qū)的電位差 數值等于曲線下的三角形面積 對應于加反向偏壓 對應于加正向偏壓 非平衡時 平衡時 突變結空間電荷區(qū) UT UD U Rewrite 外加偏壓 2 3 2緩變結空間電荷區(qū)的電場和寬度 用擴散法制造的PN結稱為緩變結 主流工藝 原材料均勻濃度 結面 結深 表面 外加反向電壓較小可近似看做線性緩變結 反向偏壓較大可看做單邊突變結 晶體管一般結深較淺 表面濃度較高 單邊突變結 Xj約10 4cm 外加反偏電壓的有效作用 1 線性緩變結的電場 XP XN Xm 2 與半邊突變結不同的是 正負空間電荷的寬度相等 有 對空間電荷區(qū)積分 電場強度為 表面濃度很低 結深很深的擴散結 可看做線性緩變結 線性緩變結的空間電荷區(qū)和電場分布 XN XP 雜質濃度梯度 是一常數 電場分布呈拋物線 對稱結 線性緩變結 非線性 外加電壓 ND NA 問 如何計算 是何意義 2 線性緩變結的電位和空間電荷區(qū)域的寬度 2 4PN結的反向擊穿特性 正向 反向 反向飽和電流 反向電流驟然變大 UB 發(fā)生擊穿時的反向偏壓稱為PN結的擊穿電壓 略有增長 PN結 導通 擊穿機理 目前提出了三種 反向擊穿 死區(qū) 擊穿并不意味著PN結燒壞 UB 手冊上給出的最高反向工作電壓UWRM一般是UBR的一半 雪崩擊穿 AvalancheBreakdown 高能擊穿 可逆 強電場 大動能 碰撞 產生如此繼續(xù)下去 同雪崩現象一樣 鍺 硅晶體管的擊穿絕大多數是雪崩擊穿 硅PN結 擊穿電壓大于6V的是雪崩擊穿 常見 半導體的摻雜濃度低 隧道擊穿 Zenerbreakdown 齊納擊穿或場致擊穿 量子貫穿 可逆 勢壘區(qū)水平距離d變窄 發(fā)生量子隧道效應 硅PN結 擊穿電壓小于4V的是隧道擊穿 當PN結兩邊摻入高濃度的雜質時 其耗盡層寬度很小 即使外加反向電壓不太高 一般為幾伏 在PN結內就可形成很強的電場 可達2 106V cm 將共價鍵的價電子直接拉出來 產生電子 空穴對 使反向電流急劇增加 出現擊穿現象 隧道貫穿 變窄 強電場 產生原因 熱電擊穿 高熱擊穿 不可逆 反向電流大 熱損耗 結溫上升 PN結燒毀 禁帶寬度小的半導體材料所制成的PN結 如鍺PN結 其反向電流大 容易發(fā)生熱擊穿 PN結正常使用的溫度要小于允許的最高結溫 Q I2Rt 問 為什么高熱會使空間電荷區(qū)失效 焦耳熱 2 4 2雪崩擊穿電壓的估算 1 擊穿條件的描述 有效電離率 表示一個載流子在電場作用下 漂移單位距離時 碰撞電離產生的電子 空穴對數 鍺PN結 硅PN結 有效電離率主要集中在電場強度最大處附近 一個載流子通過勢壘區(qū)時 由碰撞電離所產生的電子 空穴對數為 勢壘區(qū) 擊穿條件為 由實驗得 倍增因子M隨外加偏壓U的變化規(guī)律為 數值n根據半導體材料低摻雜濃度一側的導電類型而定 雪崩倍增因子 電流倍增的程度 雪崩擊穿不僅與電場強度有關 還與空間電荷區(qū)寬度有關 M 反向飽和電流 反向電流 U M 一般n 7 2 單邊突變結的雪崩擊穿電壓 1 擊穿的臨界電場強度 2 雪崩擊穿的電壓 單邊突變結雪崩擊穿電壓 低摻雜濃度 雪崩擊穿電壓 3 線性緩變結的雪崩擊穿電壓 最大場強 2 4 3影響雪崩擊穿電壓的因素 雜質濃度 如果襯底雜質濃度N0高 就容易被擊穿 場強不同 擊穿電壓的因素 雜質的濃度 外延層厚度 擴散結結深和表面狀態(tài) 1 雜質濃度對擊穿電壓的影響 2 雪崩擊穿電壓與半導體外延層厚度的關系 外延層 低摻雜區(qū) 厚度 W 擊穿電壓由N型區(qū)的電阻率決定 外延層較寬 W 外延層 同型材質的低摻雜區(qū) 反向偏壓增大 勢壘區(qū)擴展 結面 場強隨著反向偏壓升高而增大 較低的反向偏壓下就會擊穿 外延層較薄 外延層較薄 勢壘區(qū)擴展 穿通效應 難以進入重摻雜區(qū) 邊界 增加的反向偏壓 結面 條件 相同的偏壓 N區(qū)的摻雜濃度相同但厚度不同 3 擴散結結深對擊穿電壓的影響 縱向擴散 橫向擴散 先發(fā)生擊穿 由于碰撞電離率隨電場強度的增加而快速增大 因此他們的擊穿電壓為 為減小結深對擊穿電壓的影響 可采取的措施 1 深結擴散 增加曲率半徑 減弱電場集中現象 提高雪崩擊穿電壓 2 磨角法 將電場集中的柱面結和球面結磨去 形成臺型的PN結 3 采用分壓環(huán) 4 表面狀態(tài)對擊穿電壓的影響 勢壘寬度變薄 擊穿電壓下降 溝道漏電 反型層 帶正電的二氧化硅的正電荷會使 2 5PN結的電容效應 空間電荷區(qū)的電荷量隨著外加偏壓而變化 PN結具有電容效應 結具有兩種電容 勢壘電容和擴散電容 2 5 1PN結的勢壘電容 外加反向偏壓減小結上壓降下降空間電荷區(qū)寬度的減小空間電荷量減少 反向偏壓增加結上壓降增大空間電荷區(qū)寬度增大空間電荷區(qū)電荷量增加 PN結電容只在外加電壓變化時才起作用 交流影響外加電壓頻率越高 電容的作用也越顯著 高頻影響 PN結勢壘電容 Barriercapacitance 電容效應發(fā)生在勢壘區(qū) 充電 放電 1 PN結的勢壘電容 PN結勢壘電容與平行板電容器很相似 但有區(qū)別 半導體介質的電容率 結面積 PN結電容 通直流 空間電荷區(qū)寬度可變化 勢壘電容是偏壓U的函數 通常的電容器 隔直流 極板間的距離d是一個常數 電容量C與電壓U無關 注意區(qū)別 A 隨外加電壓變化而變化 只要有一定面積 并電荷發(fā)生變化 就會產生電容效應 2 單邊突變結勢壘電容 正向偏壓會使勢壘電容增大 反向電壓會使勢壘電容減小 UT UD U 比較 什么含義 反向電壓 外加電壓 電位差 3 線性緩變結勢壘電容 上面的公式均在耗盡層下推倒的 當PN結反偏電壓較高時 耗盡層近似是合理的 然而反向偏壓較低 特別是施加正向偏壓時 空間電荷區(qū)有大量的載流子通過 PN結的勢壘電容將產生較大的誤差 必須進行修正 不對稱突變結 對稱突變結 線性緩變結 其中 4 實際擴散結勢壘電容 擴散結勢壘電容的計算十分復雜 通常采用查表法求得 教材圖2 58是在耗盡層近似下 用電子計算機計算的結果繪出的圖表曲線 適用于余誤差分布和高斯分布 考慮PN結的勢壘電容之后 在交流情況下 PN結可以看成一個交流電導 或動態(tài)電阻 和一個勢壘電容相并聯的等效電路 2 5 2PN結的擴散電容 Diffusioncapacitance 擴散長度 電子 空穴 p PN結的擴散電容 擴散區(qū)中積累電荷量 非平衡少子 也隨著外加電壓而改變 擴散電容隨正向電壓加大呈指數增加 所以和正向電流成正比 正向擴散電容 空穴擴散區(qū)電容 電子擴散區(qū)電容 電子 空穴 2 6PN結的二極管開關特性 Diodeswitchingbehavior 國家標準 GB 對半導體器件型號的命名 二極管 diode 符號 舊符號 新符號 陽極 Anode 陰極 Cathode 2 二極管 A 鍺材料N型 B 鍺材料P型 C 硅材料N型 D 硅材料P型 P 普通管 W 穩(wěn)壓管 zenerdiode Z 整流管 K 開關管 U 光電管 2CP2AP2CZ2CW 例如 發(fā)光二極管 光電二極管 穩(wěn)壓二極管 后面是廠家編號 2 6 1PN結的開關作用 正向電阻很小 反向電阻很大 略掉正電阻 看成無窮大 正向 反向 開關作用 反向飽和 死區(qū) 1 二極管的開關作用 二極管半波整流 斬波 但同相 2 靜態(tài)開關特性 靜態(tài) 處于相對靜止的穩(wěn)定狀態(tài) 正向 正向導通時會有一個正向壓降 UD 0 7VPN結自身有點阻抗 死區(qū) Forwardvoltagedrop 溫度升高時 二極管的正向壓降將減小 每增加1 正向壓降UD大約減小2mV 即具有負的溫度系數 PN結特性對溫度變化很敏感 反映在伏安特性上 溫度升高 正向特性左移 反向特性下移 硅二極管2CP 6 二極管在反向截止時仍流過一定的反向漏電流I0 硅PN結的反向漏電流很小 只有納安 nA 數量級 數值越小越好 鍺PN結 A 級 PN結的整流特性 單向導電性 關鍵在于耗盡層的存在 截止時 一般認為二極管斷開 反向電阻為無窮大 PN結的單向導電性只有在外加電壓時才表現出來 2 6 2PN結的開關態(tài)反向恢復時間 開關過程只考慮關閉過程 從關態(tài)轉變到開態(tài)所需開啟時間很短 從開態(tài)轉變到關態(tài) U1 U2 所需關閉時間卻長得多 反向恢復過程 反向導通 貯存時間 下降時間 反向恢復時間 反向飽和 反向電流 UD 正向導通電流 開態(tài) 關態(tài) 輸出 輸入 stockpile fall 反向恢復過程限制了二極管的開關速度 要保持良好的開關作用 脈沖持續(xù)時間不能太短 也就是脈沖的重復頻率不能太高 這就限制了開關速度 輸入電壓是一連串正負相間的脈沖 T 負脈沖的持續(xù)時間T比二極管的反向恢復時間大得多 負脈沖并不能使二極管關斷 反向恢復時間 使輸出伴有延遲 決定了工作頻率 PN結的電荷貯存效應 反向延遲的原因 反向恢復過程是由電荷貯存效應引起的 正向偏壓 正向導通時少數載流子積累的現象 叫電荷貯存效應 電流慣性 正向電流越大 貯存電荷量越多 曲線向上越高 正向導通時在各區(qū)的貢獻 反向時P區(qū)積累的電子極容易通過 E 反向恢復過程中的載流子濃度的變化 變到 這段時間就是貯存時間ts 變到 過程所需的時間就是下降時間tf 在各區(qū)的殘留電荷 反向飽和 I0 增大初始反向電流IF 即要求增大U2 減小R 加快反向抽取變化 反向抽取動態(tài)變化 貯存電荷的貢獻 貯存電荷量越多 二極管的反向恢復時間就越長 2 6 3提高PN結開關速度的途徑 1 減小正向導通時非平衡載流子的貯存量Q 減小正向電流ID 降低P區(qū)電子的擴散長度 從結構來考慮降低少數載流子的壽命 2 加快貯存電荷量Q消失的過程 最有效 IF1 IF2 IF3 IF越大 反向恢復時間trr就越小 反向恢復時間隨抽出電流的變化 摻金 金擴散 實驗指出 摻金二極管的反向恢復時間是未摻金的幾十分之一 在注入電流和抽出電流相等 即ID IF 的條件下 對突變結 trr 0 9 對緩變結 trr 0 5 當金屬與半導體接觸時 有二種物理接觸效果 整流接觸 在半導體表面形成了一個表面勢壘 阻擋層 和PN結類似 有整流作用 肖特基接觸 勢壘 歐姆接觸 形成沒有整流作用的反阻擋層 高電導區(qū) 等效為一個小電阻 低阻率