PN結(jié)二極管課件

PN結(jié)二極體2.1直流特性2.1.1非平衡PN結(jié)處於一定偏置狀態(tài)下的PN結(jié)稱為非平衡PN結(jié)。當(dāng)P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負(fù)極，稱為正向PN結(jié)。反之，則稱反向PN結(jié)。

2.1直流特性2.1.2、正向PN結(jié)（1）少子注入正向電壓使 勢壘區(qū)寬度變窄、

勢壘高度變低外加電場與內(nèi)建電場方向相反

空間電荷區(qū)中的電場減弱

破壞擴(kuò)散與漂移運動間的平衡

擴(kuò)散運動強(qiáng)於漂移運動

注入少子

注入的少子邊擴(kuò)散邊複合2.1直流特性（2）正向PN結(jié)中載流子的運動電流在N型區(qū)中主要由電子攜帶電流在P型區(qū)中主要由空穴攜帶

通過PN結(jié)的電流存在電流載體轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象P區(qū)N區(qū)jnjpLnLp2.1直流特性2.1.3反向PN結(jié)（1）反向PN結(jié)的少子抽取反向電壓使 勢壘區(qū)寬度變寬

勢壘高度變高外加電場與內(nèi)建電場方向相同增強(qiáng)空間電荷區(qū)中的電場破壞擴(kuò)散漂移運動平衡漂移運動強(qiáng)於擴(kuò)散運動抽取少子LnLp2.1直流特性(2)反向PN結(jié)中載流子的運動P區(qū)N區(qū)jpjnLnLp2.1直流特性2.1.4V-I特性方程一、理想PN結(jié)模型

（1）小注入。即注入的非平衡少數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)低於平衡多子濃度,即摻雜濃度。

（2）外加電壓全部降落在勢壘區(qū)，勢壘區(qū)以外為電中性區(qū)。

（3）忽略勢壘區(qū)載流子的產(chǎn)生-複合作用。通過勢壘區(qū)的電流密度不變。

（4）忽略半導(dǎo)體表面對電流的影響。

（5）只考慮一維情況。2.1直流特性二.座標(biāo)

以xn、xp為座標(biāo)原點分別建立坐標(biāo)系。步驟：求解“非少子”的擴(kuò)散方程→求“非少子”濃度的邊界值→求“非少子”濃度梯度→分別求電子、空穴的擴(kuò)散電流密度→求PN結(jié)電流2.1直流特性2.1直流特性2.1直流特性2.1直流特性

肖克萊方程2.1直流特性單邊結(jié)近似

對於P+N結(jié)NA>>ND

對於N+P結(jié)ND>>NA2.1直流特性2.1.5V-I特性方程的討論（1）（2）

（3）小電流下，正向電流比理論值大；要考慮勢壘複合電流的影響。（4）大電流下，正向電流比理論值小，勢壘區(qū)以外存在大注入自建電場。（5）反向電流比理論值大；要考慮表面漏電流及勢壘產(chǎn)生電流JG的影響。（6）當(dāng)T升高時，JF增大，JR增大。2.1直流特性2.1.6大注入1.大注入定義：正偏工作，注入載流子密度等於或大於平衡多子的工作狀態(tài)。2.大注入效應(yīng)：內(nèi)建電場，加速電導(dǎo)調(diào)製效應(yīng)2.2頻率特性和開關(guān)特性基本概念

頻率特性

大信號工作

小信號工作2.2頻率特性和開關(guān)特性PN結(jié)大信號工作特點：

ID-VA特性，CD-VA特性以及CT-VA特性都是非線性的PN結(jié)小信號工作特點：信號電流與信號電壓之間滿足線性變化關(guān)係2.2頻率特性和開關(guān)特性小信號等效電路2.3PN結(jié)的電擊穿2.3.1PN結(jié)擊穿的含義 PN結(jié)反向電壓超過某一數(shù)值時，反向電流急劇增加的現(xiàn)象稱為“PN結(jié)擊穿”，這時的電壓稱為擊穿電壓（VR）VRIV2.3PN結(jié)的電擊穿2.3.2產(chǎn)生擊穿的機(jī)構(gòu)產(chǎn)生擊穿的機(jī)制熱效應(yīng)隧道效應(yīng)雪崩效應(yīng)2.3PN結(jié)的電擊穿一、雪崩擊穿

PN結(jié)加大的反向偏壓

載流子從電場獲得能量

載流子與晶格碰撞

能量足夠大時價帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶產(chǎn)生一對電子－空穴

新形成的電子、空穴被電場加速，碰撞出新的電子、空穴

載流子倍增矽PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿的電場強(qiáng)度為105～106

V/cm非破壞性可逆擊穿2.3PN結(jié)的電擊穿二、隧道擊穿

反向偏壓升高

P區(qū)價帶頂高於N區(qū)導(dǎo)帶底

當(dāng)勢壘區(qū)寬度較小

P區(qū)價帶電子按一定幾率穿透勢壘到達(dá)N區(qū)導(dǎo)帶

形成電子空穴對 這種效應(yīng)稱“隧道效應(yīng)”一般： 隧道擊穿的電壓較低，如Si

PN

結(jié)，VB<4.5V

雪崩擊穿的電壓較高，如Si

PN結(jié)，VB>6.7V

非破壞性可逆擊穿P+區(qū)N+區(qū)勢壘區(qū)ECEV2.3PN結(jié)的電擊穿三、熱擊穿

熱損耗

局部升溫

電流增加破壞性擊穿