半導(dǎo)體物理_第八章

1、半導(dǎo)體物理_第八章 半導(dǎo)體物理_第八章 第八章 pn結(jié)與肖特基結(jié)二極管本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)： 1.推導(dǎo)并把握抱負(fù)pn結(jié)二極管的電流-電壓特 性特性方程； 2.把握抱負(fù)肖特基二極管的電流-電壓特性方程 3.建立并把握pn結(jié)二極管的小信號(hào)等效電路模型 4.學(xué)會(huì)分析pn結(jié)二極管空間電荷區(qū)中的產(chǎn)生與 復(fù)合電流； 5.把握pn結(jié)二極管的擊穿特性； 6.了解pn結(jié)二極管的開關(guān)特性。 半導(dǎo)體物理_第八章 8.2 pn結(jié)-抱負(fù)電流電壓特性 推導(dǎo)抱負(fù)pn結(jié)電流-電壓特性方程的四個(gè)基 本假設(shè)條件： (1)pn結(jié)為突變結(jié)，可以采納抱負(fù)的耗盡層近 似，耗盡區(qū)以外為中性區(qū)； (2)載流子分布滿意麥克斯韋-玻爾茲曼近似 (3)滿

2、意小注入的條件； (4)通過(guò)pn結(jié)的總電流是一個(gè)恒定的常數(shù)；電 子電流和空穴電流在pn結(jié)中各處是一個(gè)連 續(xù)函數(shù)；電子電流和空穴電流在pn結(jié)耗盡 區(qū)中各處保持為恒定常數(shù)。 半導(dǎo)體物理_第八章 推導(dǎo)抱負(fù)pn結(jié)電流-電壓特性時(shí)所用到的各種符號(hào) 半導(dǎo)體物理_第八章 當(dāng)外加正向偏壓va時(shí)，此電壓主要降落在 勢(shì)壘區(qū)上，pn結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)減弱。此時(shí)集中電流 與漂移電流之間的平衡被打破，集中電流為主， 形成少數(shù)載流子注入。 半導(dǎo)體物理_第八章 當(dāng)外加正向偏置電壓時(shí)，pn結(jié)中的勢(shì)壘將 會(huì)降低，這時(shí)空穴就會(huì)從p型區(qū)集中至n型區(qū)， 成為n型區(qū)中的過(guò)剩少數(shù)載流子，同樣電子也 會(huì)從n型區(qū)集中至p型區(qū)，成為p型區(qū)中的過(guò)剩 少

3、數(shù)載流子。 這些過(guò)剩少數(shù)載流子的漂移、集中和復(fù)合 過(guò)程依舊滿意上一章中我們爭(zhēng)論過(guò)的雙極輸 運(yùn)方程。 半導(dǎo)體物理_第八章 1. 邊界條件： 下圖為熱平衡狀態(tài)下pn結(jié)的導(dǎo)帶示意圖，由pn 結(jié)內(nèi)建勢(shì)壘公式可得： 半導(dǎo)體物理_第八章 半導(dǎo)體物理_第八章 下圖為pn結(jié)正偏時(shí)的能帶圖，pn結(jié)中的勢(shì)壘 由vbi變?yōu)?vbi -va),和零偏時(shí)類似可得： 半導(dǎo)體物理_第八章 在小注入條件下，則有： 在正偏條件下，pn結(jié)內(nèi)部勢(shì)壘降低，消失少數(shù) 載流子電子的注入，p型區(qū)中的少數(shù)載流子電子 的濃度高于熱平衡時(shí)的濃度。注入到p型區(qū)中的 電子還會(huì)進(jìn)一步集中和復(fù)合，因此上式給出的實(shí) 際上是p型區(qū)中耗盡區(qū)邊界處-xp的電子

4、濃度。 類似地，在正偏條件下，n型區(qū)中少子空穴的 濃度為： 半導(dǎo)體物理_第八章 注入到n型區(qū)中的空穴也會(huì)進(jìn)一步集中和復(fù) 合，因此上式給出的實(shí)際上也是n型區(qū)中位于耗 盡區(qū)邊界處xn的空穴濃度。 另外，上述邊界條件雖然是依據(jù)pn結(jié)正偏條 件導(dǎo)出的，但是對(duì)于反偏狀況也是完全適用的。 而且當(dāng)反偏電壓足夠高時(shí)，耗盡區(qū)邊界處的少 數(shù)載流子濃度基本為零。 半導(dǎo)體物理_第八章 少子注入 少子抽取 半導(dǎo)體物理_第八章 2. 少數(shù)載流子分布： 對(duì)于n型區(qū)中的過(guò)剩少數(shù)載流子空穴來(lái)說(shuō)， 其雙極輸運(yùn)方程為： 假設(shè)中性n型區(qū)和p型區(qū)中的電場(chǎng)為零，過(guò) 剩載流子的產(chǎn)生率為零，對(duì)于穩(wěn)態(tài)情形，有： 半導(dǎo)體物理_第八章 半導(dǎo)體物理

5、_第八章 在上述兩個(gè)方程中，第一項(xiàng)代表集中過(guò)程， 其次項(xiàng)代表復(fù)合過(guò)程，因此在pn結(jié)兩側(cè)的n型區(qū) 和 p型區(qū)中，過(guò)剩載流子既有集中，也有復(fù)合。 因此上述兩個(gè)雙極輸運(yùn)方程的解為： 半導(dǎo)體物理_第八章 在正偏狀態(tài)下，pn結(jié)兩側(cè)總的少數(shù)載流子 濃度的邊界條件為： 隨著少子由空間電荷區(qū)邊界向中性半導(dǎo)體區(qū) 域集中，它們還將不斷地與多子復(fù)合. 半導(dǎo)體物理_第八章 假設(shè)pn結(jié)兩側(cè)中性區(qū)寬度足夠?qū)?，即wnlp, wpln,此即所謂的長(zhǎng)二極管，在離開空間電荷 區(qū)足夠遠(yuǎn)處，過(guò)剩少子濃度將趨于零. 應(yīng)用上述邊界條件可求得上式中的系數(shù)a、 b、c、d(其中a=d=0),由此得到方程 的解為： 半導(dǎo)體物理_第八章 半導(dǎo)體物理_第八章 3.抱負(fù)pn結(jié)電流 根據(jù)抱負(fù)pn結(jié)的第四個(gè)假設(shè)條件，正偏條 件下流過(guò)pn結(jié)的總電流可以表示為電子電流和 空穴電流兩部分之和。 半導(dǎo)體物理_第八章 半導(dǎo)體物理_第八章 類似地，可以計(jì)算出耗盡區(qū)靠近p型區(qū)一側(cè)邊 界處電子的集中電流密度為： 在pn結(jié)正偏條件下