半導(dǎo)體器件原理第二章.7

1、 由于由于PN 結(jié)具有單向?qū)щ娦?，故可用作開關(guān)。結(jié)具有單向?qū)щ娦?，故可用作開關(guān)。 理想開關(guān)的特性：理想開關(guān)的特性： 直流特性：直流特性：“開開” 態(tài)時電壓為態(tài)時電壓為 0，“關(guān)關(guān)” 態(tài)時電流為態(tài)時電流為 0 。 瞬態(tài)特性：打開的瞬間立即出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)電流，關(guān)斷的瞬間電瞬態(tài)特性：打開的瞬間立即出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)電流，關(guān)斷的瞬間電流立即消失。流立即消失。 本節(jié)討論實際本節(jié)討論實際 PN 結(jié)的開關(guān)特性。結(jié)的開關(guān)特性。 正向時正向時:LffREIV1, 0理想情況：理想情況：實際情況：實際情況：sLFfLfsFffsFfrRVEIRIrVEIIrVV11,或：,11LffsFREIIrVE時，當(dāng) 這時這時If 只取決

2、于外電路。只取決于外電路。 可見，可見，rs 越小，越小，E1 越大，則越接近于理想情況。越大，則越接近于理想情況。1、正向壓降與反向電流、正向壓降與反向電流FVsrfsIrfILR01E 反向時反向時:理想情況：理想情況：實際情況：實際情況：0rIlLlorlLrorgRgEIIgRIEII1,22或 當(dāng)當(dāng) gl 很小時，很小時， 另外，為增大另外，為增大 If 與與 Ir 之間的差別，之間的差別，也應(yīng)采用較大的也應(yīng)采用較大的 E1 。,orII lgrILR02 E2、開關(guān)速度、開關(guān)速度 t s 稱為稱為 存儲時間存儲時間，t f 稱為稱為 下降時間下降時間，t r= t s+ t f 稱

3、為稱為 反向反向恢復(fù)時間恢復(fù)時間。t r 持續(xù)的過程稱為持續(xù)的過程稱為 反向恢復(fù)過程反向恢復(fù)過程。 當(dāng)當(dāng)E= - -E2 的持續(xù)時間小于的持續(xù)時間小于t r 時，時，PN 結(jié)在反向時也處于導(dǎo)通結(jié)在反向時也處于導(dǎo)通狀態(tài)，起不到開關(guān)的作用。狀態(tài)，起不到開關(guān)的作用。 實際實際 PN 結(jié)的電流隨階躍電壓的變化情形：結(jié)的電流隨階躍電壓的變化情形： t t E E1 -E2 I ts t f I0LRE1LRE2 0 3、反向恢復(fù)過程、反向恢復(fù)過程 引起反向恢復(fù)過程的原因，是引起反向恢復(fù)過程的原因，是PN 結(jié)在正向?qū)ㄆ陂g存貯結(jié)在正向?qū)ㄆ陂g存貯在中性區(qū)中的非平衡少子電荷。在中性區(qū)中的非平衡少子電荷。 p

4、nonLxkTqVpxpexp1expN區(qū)區(qū)0np)0(np)(xpnfIx0Q 現(xiàn)以現(xiàn)以P+N 結(jié)為例。正向穩(wěn)態(tài)時有：結(jié)為例。正向穩(wěn)態(tài)時有： 上式將作為后面求解電荷方程時的初始條件，同時后一個上式將作為后面求解電荷方程時的初始條件，同時后一個式子就是空穴連續(xù)性方程的積分形式在穩(wěn)態(tài)時的簡化形式。式子就是空穴連續(xù)性方程的積分形式在穩(wěn)態(tài)時的簡化形式。 當(dāng)電壓由當(dāng)電壓由E1 突然變?yōu)橥蝗蛔優(yōu)?- -E2 )時，正是這個存貯在時，正是這個存貯在N 區(qū)中的非區(qū)中的非平衡少子電荷平衡少子電荷Q0 為反向電流提供了電荷來源。為反向電流提供了電荷來源。 1exp1exp000kTqVpLDAqdxxpdAqD

5、IkTqVqpALdxxpAqQnoppxnpfnopn由此可得正向穩(wěn)態(tài)時由此可得正向穩(wěn)態(tài)時 Q0 與與 If 之間有關(guān)系：之間有關(guān)系：pffpfppQIIIDLQ020,或 在在t r 期間，設(shè)期間，設(shè)PN 結(jié)上的電壓為結(jié)上的電壓為V(t)，則，則 , N區(qū)區(qū)中非平衡少子的變化情形如下圖所示：中非平衡少子的變化情形如下圖所示： LrRtVEI2 曲線曲線 1 表示在表示在E 由由 E1 變?yōu)樽優(yōu)?- -E2 )的一瞬間，此時：的一瞬間，此時：LLFrFnonRERVEIVVkTqVpp22,exp)0(rILR02E)(tV 曲線曲線 14 為存貯過程，即為存貯過程，即 t s 期間：期間：

6、這期間這期間 Ir 變化不大。變化不大。,0,exp)0(22LLFrFnononRERVEIVVpkTqVpp E1 -E2 ILRE1LRE2 0 ts 曲線曲線 46 為下降過程，即為下降過程，即 t f 期間：期間：022,0,0 )0(IREIEVppLrnon接近于 -E2 ILRE1LRE2 0 t f4、t r 的計算的計算 計算時仍計算時仍 以以 結(jié)為例。在緒論的例結(jié)為例。在緒論的例 6 中，我們已經(jīng)得到中，我們已經(jīng)得到空穴連續(xù)性方程的積分形式，空穴連續(xù)性方程的積分形式， 也稱為空穴的電荷控制方程，即：也稱為空穴的電荷控制方程，即：為與本節(jié)的符號相一致，現(xiàn)將為與本節(jié)的符號相一

7、致，現(xiàn)將 Ip 寫作寫作 Ir ， 將將Qp 寫作寫作 Q ， 即可得：即可得：NPppppQdtdQIdtdQdtQddtQQddtdQpppop)(prQdtdQI 或：或：prQIdtdQ 上式是一個關(guān)于上式是一個關(guān)于N 區(qū)中非平衡少子電荷的微分方程。區(qū)中非平衡少子電荷的微分方程。 從式從式中可以明顯地看出，中可以明顯地看出，存貯電荷的消失有兩個途徑，即存貯電荷的消失有兩個途徑，即 Ir 的抽取的抽取與復(fù)合。與復(fù)合。 當(dāng)當(dāng) 時，時， 所以令上式為所以令上式為 0，可解出，可解出 ：rt 上式中，上式中， 均取決于外電路。均取決于外電路。fpIQQ0(0)0(,)exp()()(rrppr

8、fpttItIItQrtt , 0)(rtQrrfprIIItln,21LrLfREIREI 為使求解方便，假設(shè)在整個為使求解方便，假設(shè)在整個 t r 期間，期間， Ir 保持保持 (E2/RL )不變，不變， 則此微分方程的解為則此微分方程的解為: 初始條件為，當(dāng)初始條件為，當(dāng) t = 0 時：時： (2) 從器件本身，應(yīng)降低少子壽命從器件本身，應(yīng)降低少子壽命 p ，這一方面可減少正向，這一方面可減少正向時的存貯電荷時的存貯電荷Q0 = p If ，同時可加快反向時電荷的復(fù)合。，同時可加快反向時電荷的復(fù)合。 通常通?？刹捎脫浇稹姐K、中子輻照或電子輻照等方法來引入復(fù)合中可采用摻金、摻鉑、中子輻照或電子輻照等方法來引入復(fù)合中心，從而使心，從而使 p 減少。減少。5、減小、減小 t r 的方法的方法 (1) 從電路上，應(yīng)采用盡量小的從電路上，應(yīng)采用盡量小的 If ( 使存貯電荷使存貯電荷Q0 = p If 小小) 和盡量