n結(jié)擊穿電壓第十一次ppt課件

1、6.5 pn 結(jié)的擊穿pn 結(jié)的擊穿(Breakdown)：當(dāng)加到反向pn 結(jié)上的電壓足夠高時，pn 結(jié)反向飽和電流會忽然增大，此時的電壓稱反向擊穿電壓VB。電擊穿、熱擊穿。pn 結(jié)電擊穿有兩種重要的機(jī)制：雪崩倍增和隧道效應(yīng)。一、雪崩avalanche倍增pn結(jié)在反向偏置下，外加電場的方向和空間電荷區(qū)自建電場方向一致，空間電荷區(qū)的電場強(qiáng)度將隨反向電壓的添加而添加。在空間電荷區(qū)電場的作用下，空穴將向電源負(fù)極挪動，電子向電源正極挪動；碰撞電離：當(dāng)P區(qū)的電子向電源正極挪動的過程中穿越勢壘時，將遭到勢壘電場的加速。反向電壓越高，勢壘區(qū)中電場越強(qiáng)；假設(shè)電場足夠強(qiáng)，電子獲得了足夠的動能和原子碰撞，將晶格的

2、共價鍵破壞，產(chǎn)生一個電子-空穴對，雪崩倍增：這些新產(chǎn)生的電子-空穴對再從電場中獲得動能，進(jìn)一步產(chǎn)生電子-空穴對。 雪崩擊穿特點1.空間電荷區(qū)的xD要有一定寬度；假設(shè)空間電荷區(qū)太窄小于一個平均自在程，既使是載流子的能量再高，電離才干再強(qiáng)，不發(fā)生碰撞也無法產(chǎn)生雪崩景象。單邊突變結(jié)的擊穿電壓主要由低摻雜邊的摻雜濃度決議。2.雪崩擊穿電壓較高，擊穿曲線比較陡直硬擊穿；普通Ge、Si 器件，雪崩擊穿電壓在6Eg/q 以上，而且擊穿特性較硬所謂硬擊穿。3. 雪崩擊穿的擊穿電壓VB 具有正溫度系數(shù)。隨著溫度的提高，散射加強(qiáng)，載流子的平均自在運動時間減少，導(dǎo)致動能不易積累，使電離率下降，擊穿電壓提高。雪崩擊穿

3、電壓確定了大多數(shù)二極管反向偏壓的上限，也確定了雙極晶體管集電極電壓以及場效應(yīng)晶體管漏電壓的上限。二、隧道擊穿Tunneling)原理：在反偏電壓下，P區(qū)價帶頂附近電子能量可以升高到超越N區(qū)導(dǎo)帶頂電子的能量，此時，假設(shè)是電場較強(qiáng)，空間電荷區(qū)寬度隧道長度較短，那么電子的隧穿幾率就大添加，使得P區(qū)價帶電子直接穿過禁帶而到達(dá)N區(qū)導(dǎo)帶底，構(gòu)成很大的反向電流。 隧道擊穿的特點1. xD 越窄越有利于隧道效應(yīng)發(fā)生，VB 越?。凰愿邠诫s突變結(jié)，普通容易發(fā)生隧道擊穿。2.隧道擊穿的擊穿特性是緩變的軟擊穿；隧道擊穿不是在某個電壓下驟然發(fā)生的，而是隨著反向電壓添加，電子的隧道穿透幾率逐漸添加，反向電流也就逐漸添加

4、，因此I-V特性是緩變的，所謂“軟擊穿 3.隧道擊穿的擊穿電壓VB 是負(fù)溫度系數(shù)的。隨著溫度升高，半導(dǎo)體的帶隙Eg 減少，隧道長度相應(yīng)減少，電子的穿透幾率相應(yīng)增大，因此VB 隨溫度升高而減少。6.6 隧道pn 結(jié)簡介一、景象當(dāng)pn 結(jié)的P 區(qū)和N 區(qū)的摻雜濃度都很高時(1019cm-31020cm-3)，其I-V 特性出現(xiàn)： 1.正向時，在小的正向偏壓下，電流開場隨電壓上升而上升，到達(dá)最大電流Ip 之后，下降到Iv，然后才與普通pn 結(jié)分散電流一樣隨正向電壓的升高而指數(shù)上升。2.反向時，反向電流隨反向電壓的添加而迅速添加。 二、原理 當(dāng)P 區(qū)、N 區(qū)都是重?fù)诫s的，費米能級分別進(jìn)入了N 區(qū)的導(dǎo)帶

5、和P 區(qū)的價帶。同時，勢壘區(qū)較窄，電場較強(qiáng)；這就有利于發(fā)生隧穿，當(dāng)加上外偏壓時，兩邊出現(xiàn)一側(cè)有電子而另一側(cè)一樣能態(tài)上有空位的形狀，這時就發(fā)生隧道效應(yīng) 由于隧道二極管是利用多子任務(wù)的，結(jié)的兩側(cè)不會有少子積累，而且隧道效應(yīng)是一量子躍遷過程，電子穿過勢壘極其迅速，不受渡越時間跟制，因此隧道二極管可以在極高頻率下任務(wù)。 反向二極管Backward Diode10、1寫出理想寫出理想PN結(jié)的結(jié)的I-V特性，即電流密特性，即電流密度度J與電壓與電壓V的關(guān)系方程。分別在直角線性坐標(biāo)的關(guān)系方程。分別在直角線性坐標(biāo)系和半對數(shù)坐標(biāo)系中，表示畫出系和半對數(shù)坐標(biāo)系中，表示畫出PN結(jié)電流結(jié)電流電壓特性曲線。電壓特性曲線

6、。(2) 在半對數(shù)坐標(biāo)系中的曲線上，如何將正向小在半對數(shù)坐標(biāo)系中的曲線上，如何將正向小電壓下勢壘區(qū)復(fù)合電流和反向電壓下勢壘區(qū)產(chǎn)電壓下勢壘區(qū)復(fù)合電流和反向電壓下勢壘區(qū)產(chǎn)生電流產(chǎn)生的作用反映在曲線上？簡單解釋之。生電流產(chǎn)生的作用反映在曲線上？簡單解釋之。(3假設(shè)假設(shè)PN結(jié)電流中，同時思索分散電流和復(fù)合結(jié)電流中，同時思索分散電流和復(fù)合電流時，即采用理想因子電流時，即采用理想因子m，寫出含有理想因，寫出含有理想因子子m的的J-V特性方程，并描畫一種丈量特性方程，并描畫一種丈量m的實驗的實驗方法。方法。(4) 分別分析分別分析PN結(jié)加正向偏置和反向偏置，對結(jié)加正向偏置和反向偏置，對PN結(jié)邊境處少子濃度的

7、改動，以此論述，結(jié)邊境處少子濃度的改動，以此論述，PN結(jié)結(jié)具有正導(dǎo)游通和反向飽和特性。具有正導(dǎo)游通和反向飽和特性。 202132分分 1)exp( 1)exp(000000TkqVJJLnqDLpqDJTkqVLnqDLpqDJsnpnpnpsnpnpnp令1200000002)()2() 1)(exp(DinpnpnpgDRRDRgDiRnpnpnpgDRRxnLnqDLpqDjjjjVxnTkqVLnqDLpqDjjj趨于飽和較大時，kTqVikTqVnpnpnprDFFFFeqneLnqDLpqDjjj20002)()2exp(2kTqVXNLnJJDDpirFD3 1)exp(0Tmk

8、qVJJs 8、寫出、寫出n型樣品中，小注入條件下，少型樣品中，小注入條件下，少子空穴的延續(xù)性方程。寫出空穴不隨時子空穴的延續(xù)性方程。寫出空穴不隨時間變化時穩(wěn)態(tài)、不思索電場、無光間變化時穩(wěn)態(tài)、不思索電場、無光照情況下，少子空穴的方程。照情況下，少子空穴的方程。2021 10、16分對于一個分對于一個PN結(jié)二極管，論結(jié)二極管，論述如何判別加正向電壓后，其電流是以述如何判別加正向電壓后，其電流是以分散電流為主還是以空間電荷區(qū)復(fù)合電分散電流為主還是以空間電荷區(qū)復(fù)合電流為主？流為主？2007 8、pnnxnpnxpnpnppxEpxpExpDtp022ppLxLxBeAepq求解得通解：求解得通解：p

9、pDL q求解得通解：求解得通解：ppLxLxBeAepq分散長度分散長度ppDL10、 1)exp(0TmkqVJJs11、20分分PN結(jié)的結(jié)的N型一側(cè)摻雜濃度為型一側(cè)摻雜濃度為ND，P型一側(cè)摻雜濃度為型一側(cè)摻雜濃度為NA，采用雜質(zhì)飽和電離近，采用雜質(zhì)飽和電離近似，證明似，證明PN結(jié)的接觸電勢差為：結(jié)的接觸電勢差為： ni是本征載流子濃度是本征載流子濃度另有一另有一N+N結(jié)，摻雜濃度分別為結(jié)，摻雜濃度分別為N+，N，證明此，證明此時時N+N結(jié)的接觸電勢差為：結(jié)的接觸電勢差為： 比較兩者的大小，并解釋其內(nèi)在的物理機(jī)理。比較兩者的大小，并解釋其內(nèi)在的物理機(jī)理。 2007)ln(20iADDnNN

10、qTkV)ln(0NNqTkVD11、p-n結(jié)接觸電勢差結(jié)接觸電勢差由突變平衡由突變平衡p-n結(jié)的能帶圖，勢壘高度結(jié)的能帶圖，勢壘高度qVD補(bǔ)償了補(bǔ)償了p區(qū)與區(qū)與n區(qū)的費米能級之差區(qū)的費米能級之差 DFnFpqVEE n區(qū)與區(qū)與p區(qū)的平衡電子濃度分別為：區(qū)的平衡電子濃度分別為： 結(jié)接觸電勢差與摻雜濃度、溫度、禁帶寬度等結(jié)接觸電勢差與摻雜濃度、溫度、禁帶寬度等有關(guān)有關(guān) 00expFniniEEnnk T00expFpipiEEnnk T0001lnnFnFpnEEpk T000201lnlnnADDFnFpik Tnk TN NVEEqqpqn 10、24分一個硅PN結(jié)T=300K，P區(qū)的摻雜濃度為NA1x1015cm-3，N區(qū)的摻雜濃度ND3 NA，運用雜質(zhì)全部電離和載流子全部耗盡假設(shè)， (1) 計算室溫下PN結(jié)的接觸電勢差VD； (2) 定性畫出PN結(jié)的電場分布、電荷分布。 (3) 假設(shè)溫度T添加、資料的禁帶寬度Eg添加，VD將分別如何變化？ (4) 假設(shè)此構(gòu)造是N+