晶體管原理筆記

本文格式為Word版，下載可任意編輯——晶體管原理筆記第一章PN結(jié)相關(guān)

1.1突變結(jié)：n型區(qū)中施主雜質(zhì)濃度為ND，并且均勻分布;p型區(qū)中的受主雜質(zhì)濃度為

NA，也均勻分布。在交界面處，雜質(zhì)由NA突變?yōu)镹D。尋常，將這種雜質(zhì)分布具有突變規(guī)律的p-n結(jié)，稱為突變結(jié)。

1.2緩變結(jié)：在擴(kuò)散結(jié)中，雜質(zhì)濃度從p區(qū)到N區(qū)是逐漸變化的，尋常稱為緩變結(jié)。1.3雜質(zhì)濃度梯度：線性緩變結(jié)的雜質(zhì)分布可表示為ND?NA?xj式中αj是xj處?jx?切線的斜率，稱為雜質(zhì)濃度梯度，由擴(kuò)散雜質(zhì)的實(shí)際分布確定。

1.4把在PN結(jié)附近的這些電離施主和電離受主所帶的電荷，稱為空間電荷?？臻g電荷所存在的區(qū)域，稱為空間電荷區(qū)。由于在該區(qū)域沒有載流子，因此，空間電荷區(qū)又稱為載流子耗盡層。

1.5內(nèi)建電勢差：PN結(jié)平衡時(shí)能帶是彎曲的，N區(qū)相對于p區(qū)能帶降低eVD。N區(qū)與P區(qū)的電勢差VD稱為內(nèi)建電勢差。kT?NN?

Bad?VD?ln?2??e?ni?1.6非平衡少子的分布：

eV正向少數(shù)載流子的分布np(xp)?n0ep0eVpn(xn)?pne

kBTkBT0?eV/k??pn(xn)?pne反向的少數(shù)載流子分布?0?eV/k??np(xp)?ppeBT

1.7理想PN結(jié)：

（1）小注入條件注入的少子濃度遠(yuǎn)小于平衡多子濃度。

（2）勢壘區(qū)耗盡近似在勢壘區(qū)內(nèi)自由載流子全部耗盡，空間電荷密度等于電離雜質(zhì)的電荷密度。

（3）電中性近似外加電壓和接觸電勢差都作用在耗盡層上，耗盡層外的半導(dǎo)體為電中性，沒有電壓降。

（4）恒電流近似通過耗盡層的電子電流和空穴電流為常數(shù)，不考慮耗盡層中載流子的產(chǎn)生及復(fù)合作用。

（5）非簡并近似非平衡少子的濃度遠(yuǎn)小于?

DD1.8肖克萊方程：j?en0n?ep0pspnllpn

1.9單向?qū)щ娦裕和饧诱蚱珘簳r(shí)，有正向電流流過；而在外加反向偏壓時(shí)，反向電流很小并迅速趨于飽和。

1.10影響PN結(jié)伏安特性的因素：*表面效應(yīng)

（1）表面電荷引起的勢壘區(qū)在二氧化硅層中，一般都含有一定數(shù)量的正電荷（如Na離子等），它們將吸引或排斥半導(dǎo)體內(nèi)的載流子，從而形成表面空間電荷區(qū)。

（2）硅-二氧化硅的界面態(tài)在二氧化硅層與硅的交界面處，往往存在相等數(shù)量的、位于禁帶的能級，稱為界面態(tài)（表面態(tài)），它們與半導(dǎo)體內(nèi)的雜質(zhì)能級類似，可以起到復(fù)合中心的作用。

（3）表面溝道電流當(dāng)襯底雜質(zhì)濃度較低且SiO2膜中正電荷較多時(shí)，襯底表面將出現(xiàn)反型

?3BT層，并與擴(kuò)散層相連，使PN結(jié)面積增大，因而反向電流增大。

（4）表面漏導(dǎo)電流當(dāng)PN結(jié)表面由于材料原因，或吸附水氣、金屬離子等而引起表面污染時(shí)，宛如在PN結(jié)表面并聯(lián)了一個(gè)附加電導(dǎo)，因而將引起表面漏電，使反向電流增加。*勢壘區(qū)中的產(chǎn)生電流和復(fù)合

（1）正向偏壓下的復(fù)合電流在正向電壓下，p區(qū)的空穴和N區(qū)的電子進(jìn)入勢壘區(qū)，使載流子濃度高于平衡值，從而導(dǎo)致復(fù)合率大于產(chǎn)生率。因此，一部分電子-空穴發(fā)生復(fù)合，形成復(fù)合電流，而不流過PN結(jié)。

（2）反向偏壓下的產(chǎn)生電流在反向電壓下，由于勢壘區(qū)對載流子的抽取，空間電荷區(qū)內(nèi)載流子濃度低于平衡值，故電子-空穴對的產(chǎn)生率大于復(fù)合率，因此勢壘區(qū)存在產(chǎn)生電流。

*大注入條件

1.大注入時(shí)，空穴電流密度與p區(qū)的雜質(zhì)濃度NA無關(guān)。2.大注入時(shí)，相當(dāng)于少子擴(kuò)散系數(shù)大了一倍。

3.大注入時(shí)，正向電流隨外加電壓增加上升緩慢。

*串聯(lián)電阻效應(yīng)

當(dāng)電流流過串聯(lián)電阻時(shí)，PN結(jié)上的實(shí)際電壓應(yīng)為V?V?IR即，串聯(lián)電阻將導(dǎo)致PN結(jié)上實(shí)際電壓降低，從而使電流隨電壓的上升的趨勢變慢。*溫度的影響

1.11.PN結(jié)電容，它主要包括勢壘電容和擴(kuò)散電容兩部分。1.12.勢壘電容：我們將PN結(jié)勢壘區(qū)空間電荷量隨外加電壓變化的電容效應(yīng)稱為勢壘電容，用CT表示。

1.13.擴(kuò)散電容：由于擴(kuò)散區(qū)電荷數(shù)量隨外加電壓變化所產(chǎn)生的電容效應(yīng)，稱為PN結(jié)的擴(kuò)

散電容，用CD表示。?2???Na?Nd1.14.勢壘寬度：xD?VD?????e????NaNd

當(dāng)PN結(jié)上加偏壓V時(shí)，勢壘區(qū)上總xD?電壓為VD?V，則勢壘寬度可推廣為????VD?2??V????e??Na?Nd??????NaNd????e?NaNd1.15.勢壘電容C??T2(Na?Nd)(VD?V)

PN結(jié)面積為S，則PN結(jié)的勢壘電容為CT?S12?VD3x?1.16.線性緩變結(jié)勢壘寬度：De?j2e?j?1.17.線性緩變結(jié)勢壘電容C?S3T12VD?V?1.18.PN結(jié)等效電路：e?NaNd2(Na?Nd)(VD?V)PN結(jié)二極管的等效電路如下圖。

1.20正向偏壓等效電路：

1.21.反向偏壓等效電路

1.22.理想開關(guān)特性：理想開關(guān)在“開〞態(tài)時(shí)電阻為零、電壓降也為零。理想開關(guān)在“關(guān)〞態(tài)時(shí)電阻應(yīng)當(dāng)是無窮大、電流為零。

1.23.PN結(jié)電荷存儲過程：PN結(jié)在正向偏壓下存儲了大量電荷的過程稱為電荷存儲過程。1.24.ts稱為存儲時(shí)間，tf稱為下降時(shí)間，tr=ts+tf則稱為反向恢復(fù)時(shí)間。

1.25.反向恢復(fù)過程：在反向電壓Vr作用下，流過PN結(jié)電流從正向變?yōu)榉聪蝻柡蜖顟B(tài)經(jīng)歷的時(shí)間，稱為反向恢復(fù)時(shí)間。這一過程，稱為反向恢復(fù)過程。

1.26.存儲時(shí)間：儲存時(shí)間是勢壘邊處非平衡少子濃度達(dá)到零時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間；存儲時(shí)間主要由非平衡載流子壽命、正向電流和反向電流確定。

?Ir?If?1.27.反向恢復(fù)時(shí)間時(shí)間：tr??ln??I?r?

?If?1.28下降時(shí)間：tf??ln?1??I?I?rf???

解釋：實(shí)際的下降時(shí)間比上式計(jì)算值大，這是由于下降時(shí)間一般比壽命短幾個(gè)數(shù)量級，所以

可以認(rèn)為殘存少數(shù)載流子主要是通過反向電流抽走的，此時(shí)復(fù)合還來不及起作用。另外，反向電流是逐漸減小的。

1.29.清除殘存電荷的兩個(gè)主要機(jī)制:一是通過復(fù)合作用，二是通過反向電流的抽取作用。1.30.影響PN結(jié)開關(guān)速度的因素：影響PN結(jié)開關(guān)速度的主要因素是：正向電流、反向電流和非平衡少數(shù)載流子的壽命。

1.31.提高PN結(jié)開關(guān)速度的途徑：（1）電路方面減小正向電流和增大初始反向電流（2）器件結(jié)構(gòu)方面減薄輕摻雜區(qū)厚度。（3）器件材料與工藝方面降低少數(shù)載流子的壽命（主要）

1.32.PN結(jié)的擊穿類型：雪崩擊穿和隧道擊穿

1.33．什么是碰撞電離:當(dāng)反向偏壓很大時(shí)，勢壘區(qū)的電場很強(qiáng)。進(jìn)入到勢壘區(qū)的少子將被強(qiáng)電場加速。具有很大動(dòng)能的載流子在與勢壘區(qū)晶格原子發(fā)生碰撞時(shí)，把價(jià)鍵上的電子碰撞出來，成為導(dǎo)帶電子，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)空穴。這種載流子碰撞晶格產(chǎn)生電子—空穴對的過程，稱為碰撞電離。

1.34.什么是雪崩倍增效應(yīng)：碰撞電離產(chǎn)生的電子和空穴在電場中也將被電場加速，并獲得足夠的能量。它們也將同晶格發(fā)生碰撞，從而產(chǎn)生更多的電子-空穴對，使碰撞電離過程繼續(xù)

??If?Irts??ln??I?II/(I?I)?r?frfr??下去。這種使載流子不斷增殖的方式，稱為載流子的倍增效應(yīng)。1.35什么是雪崩擊穿：1.36.雪崩擊穿條件：

1/521.37.雪崩擊穿電壓：1/4??3???4????6.29?（1）單邊突變結(jié)：（2）線性緩變結(jié)VB???VB??33???????3??e?j??ci???2eN0ci???2/151/81.38.雪崩擊穿得臨界電場：1/2???8eN0??e?j?1單邊突變結(jié)：Ec???線性緩變結(jié)：Ec?????c?0.636ci?2?????i???1.39影響雪崩擊穿電壓的因素：

（1）影響PN結(jié)雪崩擊穿電壓的主要材料參數(shù)是禁帶寬度和低摻雜區(qū)的雜質(zhì)濃度或雜質(zhì)濃度梯度。(