《N結(jié)二極管》PPT課件

1、第四章 Pn結(jié)二極管光電半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室1精選PPT主要內(nèi)容P-N結(jié)的靜電學(xué)載流子注入（載流子濃度與電壓的關(guān)系）準(zhǔn)中性區(qū)內(nèi)的擴(kuò)散電流P-N結(jié)的暗特性光照特性太陽能電池的輸出參數(shù)有限電池尺寸對(duì)I0的影響（自學(xué)）2精選PPT1 P-N結(jié)的靜電學(xué)一、基本物理特性1. pp pn ，n n n p；2. p區(qū)和n區(qū)多子分別向?qū)Ψ綌U(kuò)散；3. 界面p區(qū)側(cè)留下固定的離化受主負(fù)電荷， n區(qū)側(cè)留下固定的離化施主正電荷； 正負(fù)電荷稱為 空間電荷 ，區(qū)域稱為 空間電荷區(qū) 。4. 正負(fù)電荷間產(chǎn)生 自建電場(chǎng) ；3精選PPT1 P-N結(jié)的靜電學(xué)二、接觸電位差與載流子分布1.自建電場(chǎng) 特征：空間電荷區(qū)內(nèi)凈電子流或凈空穴流密度分

2、別等于零4精選PPT1 P-N結(jié)的靜電學(xué)2. 接觸電位差 自建電場(chǎng)的存在，在pn結(jié)空間電荷區(qū)內(nèi)產(chǎn)生了由 p區(qū)側(cè)負(fù)電荷區(qū)到n區(qū)側(cè)正電荷區(qū)逐漸上升的電位分布，使中性n區(qū)形成了一個(gè)相對(duì)于中性p區(qū)為正的電位差，該電位差稱為pn結(jié)接觸電位差，用表示。 5精選PPT1 P-N結(jié)的靜電學(xué)VD-XP0XnP區(qū)N區(qū)接觸電位差示意圖6精選PPT1 P-N結(jié)的靜電學(xué)3. 能帶結(jié)構(gòu)孤立P區(qū)和n區(qū)各自的能帶圖EiPEFEinEF7精選PPT空間電荷區(qū)自建電場(chǎng)，使空間電荷區(qū)內(nèi)導(dǎo)帶底、價(jià)帶頂及本征費(fèi)米能級(jí)依其電位分布從p區(qū)邊界到n區(qū)邊界逐漸下降 。最終，p區(qū)與n區(qū)的費(fèi)米能級(jí)相等EFEFP區(qū)n區(qū)1 P-N結(jié)的靜電學(xué)8精選PP

3、TqVDEipEinEF1 P-N結(jié)的靜電學(xué)9精選PPT4.費(fèi)米能級(jí):熱平衡系統(tǒng)具有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)對(duì)于平衡pn結(jié)，只要確定費(fèi)米能級(jí)位置，則可得到其能帶結(jié)構(gòu) 1 P-N結(jié)的靜電學(xué)10精選PPT1 P-N結(jié)的靜電學(xué)5.耗盡層近似空穴和電子在空間電荷區(qū)依指數(shù)規(guī)律分布，在邊界內(nèi)側(cè)下降極為迅速，使絕大部分空間電荷區(qū)內(nèi)的載流子濃度與中 性區(qū)相應(yīng)的多子濃度相比可以忽略。所以，在進(jìn)行某些理論 分析時(shí)，常采用耗盡近似，認(rèn)為空間電荷區(qū)里載流子的濃度為零據(jù)此空間電荷區(qū)又被稱為耗盡區(qū)，或耗盡層。 11精選PPT1 P-N結(jié)的靜電學(xué)從能帶結(jié)構(gòu)圖可見，p區(qū)電子能量比n區(qū)高qVD ，n 區(qū)空穴能量比p區(qū)高qVD ，多子進(jìn)入

4、對(duì)方需要越過高度為qVD的勢(shì)壘。因此，空間電荷區(qū)又被稱為勢(shì)壘區(qū)?？臻g電荷區(qū)=耗盡區(qū)=耗盡層=勢(shì)壘區(qū)勢(shì)壘區(qū)接觸電勢(shì)差VD的關(guān)系式12精選PPT2 載流子注入1.勢(shì)壘區(qū)兩側(cè)邊界處載流子濃度的關(guān)系由關(guān)系式得13精選PPT2 載流子注入 一般情況下 ，熱平衡時(shí)勢(shì)壘區(qū)一側(cè)邊界處少子濃度等于勢(shì)壘區(qū)另一側(cè)邊界處 多子濃度乘以14精選PPT2 載流子注入2.勢(shì)壘區(qū)兩邊界處載流子濃度服從波爾茲曼分布 結(jié)果：同理15精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性一、理想pn結(jié)模型（四個(gè)近似）（1）不考慮勢(shì)壘區(qū)中的產(chǎn)生與復(fù)合結(jié)果：電子、空穴電流通過勢(shì)壘區(qū)時(shí)保持不變（2）小注入結(jié)果：在準(zhǔn)中性區(qū)多子濃度約等于平衡時(shí)濃度，對(duì)少子只需要考

5、慮擴(kuò)散電流（3）耗盡層近似結(jié)果：空間電荷區(qū)為高阻區(qū)，載流子濃度為零；外加電壓幾乎降落在空間電荷區(qū)16精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性（4）勢(shì)壘區(qū)兩邊界處載流子濃度服從波爾茲曼分布 結(jié)果：同理17精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性非平衡少子邊擴(kuò)散邊與多子復(fù)合， 并在擴(kuò)散長(zhǎng)度處基本被全部復(fù)合。非平衡少子擴(kuò)散并被復(fù)合的區(qū)域稱為非平衡少子擴(kuò)散區(qū)，非平衡少子擴(kuò)散的長(zhǎng)度用Lp和Ln表示。18精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性二、伏安特性方程1、思 路：A.空間電荷區(qū)和擴(kuò)散區(qū)中任一截面的空穴流密度與電子流密度不一定相等； 任一截面的空穴流密度與電子流密度之和卻相等，即為pn結(jié)的總電流； 分別求出空間電荷區(qū)邊界空穴流密

6、度和電子流密度，二者之和則構(gòu)成pn結(jié)電流密度。（前面的假設(shè)（1） ）19精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性B.忽略空間電荷區(qū)內(nèi)載流子的產(chǎn)生和復(fù)合，即空間電荷區(qū)二側(cè)邊界處電子流 密度與空穴流密度各自分別相等；pn結(jié)電流則可用p區(qū)側(cè)邊界電子流與n區(qū)側(cè)邊界空穴流密度之和表示。 (前面的假設(shè)（2）和（3）)20精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性C. 分別求解少子電子和少子空穴在其擴(kuò)散區(qū)的載流子連續(xù)性方程，可得到非 平衡少子電子和非平衡少子空穴在其擴(kuò)散區(qū)的分布函數(shù)；根據(jù)擴(kuò)散方程，即可求得空間電荷區(qū)p區(qū)側(cè)邊界處的電子流密度，n區(qū)側(cè)邊界處處空穴流密度。21精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性直流電流方程取x=xn程因?yàn)樗?/p>

7、以22精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性2、空穴在其擴(kuò)散區(qū)（n區(qū)的準(zhǔn)中性區(qū)）內(nèi)連續(xù)性方程 認(rèn)為pn結(jié)無限長(zhǎng)23精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性求得同理求得24精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性勢(shì)壘區(qū)兩邊界少子濃度的變化LnLpxn-xp25精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性那么26精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性27精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性少子在二極管中擴(kuò)散電流密度示意圖28精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性3、pn結(jié)電流（伏安特性方程）：方程對(duì)正偏、反偏pn結(jié)都成立。29精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性引入反向飽和電流I0，即那么，PN結(jié)的伏安特性方程又可表示為稱為反向飽和電流，A 表示二極管的橫截面積。3

8、0精選PPT4 P-N結(jié)的暗特性4.伏安特性曲線VI伏安特性理論曲線(暗特性)031精選PPT5 P-N結(jié)的光照特性當(dāng)光照時(shí)所引起的電子、空穴對(duì)的體產(chǎn)生率G在整個(gè)器件都相同；不管器件是否光照，前面的四個(gè)近似都一樣，前面得到的結(jié)果都同樣有效，只是G不為零，而是一個(gè)常數(shù)。取坐標(biāo)原點(diǎn)在Xn處、Xp處xx0032精選PPT5 P-N結(jié)的光照特性于是在n區(qū)一側(cè)得到上式G/DP 是常數(shù)，上式通解為33精選PPT5 P-N結(jié)的光照特性代入以上邊界條件得到特解相應(yīng)電子濃度也有表達(dá)式34精選PPT5 P-N結(jié)的光照特性相應(yīng)的電流密度為以上計(jì)算是忽略耗盡區(qū)的產(chǎn)生與復(fù)合的，不忽略情況下可得耗盡區(qū)的電流密度變化為35精選PPT5 P-N結(jié)的光照特性總的電流密度為代入得到光照時(shí)電流-電壓關(guān)系其中IL為光生電流36精選PPT5 P-N結(jié)的光照特性VI0ILImpVmpIscVoc光照特性暗特性無光照和有光照時(shí)pn結(jié)二極管的輸出特性37精選PPT6 太陽能電池的輸出參數(shù)一、短路電流 理想情況下短路電流等光生電流短路電流可直接用電流表測(cè)量38精選PPT6 太陽能電池的輸出參數(shù)二、開路電壓Voc由下式，令I(lǐng)=0，得到理想值Voc由于和I0有關(guān)，因而決定于半導(dǎo)體的性質(zhì)。開路電壓可以