【文章內(nèi)容簡介】 （ 3）擴散運動與漂移運動的 動態(tài)平衡 。 ? PN結(jié)又稱為 勢壘區(qū)、阻擋層 。 ? PN結(jié)很窄 （幾個到幾十個 ?m)。 空間電荷區(qū)（耗盡層） 50 問題 ：達到動態(tài)平衡時，在 PN結(jié)流過的總電流為多少，方向是什么？ 如下圖，多子的擴散電流方向為從左到右，少子的漂移電流方向從右到左。兩者在動態(tài)平衡時，大小相等，而方向相反，所以流過 PN結(jié)的總電流為零。 多子擴散電流方向 少子漂移電流方向 P N 多子 少子 多子 少子 51 對稱 PN結(jié)： 如果 P區(qū)和 N區(qū)的摻雜濃度相同，則耗盡區(qū)相對界面對稱，稱為對稱結(jié) 不對稱 PN結(jié) ：如果一邊摻雜濃度大（重摻雜），一邊摻雜濃度?。ㄝp摻雜），此耗盡區(qū)主要伸向輕摻雜區(qū)一邊，這樣的 PN結(jié)稱為不對稱結(jié) NP＋耗盡區(qū)( a )P N＋耗盡區(qū)( b )52 問題： 為什么 PN結(jié)伸向輕摻雜區(qū)？ 答：輕摻雜區(qū)的施主正離子（或受主負離子）的排列稀疏，重摻雜區(qū)的施主正離子（或受主負離子）的排列緊密。如上圖，兩邊電荷量相等，所以會伸向輕摻雜區(qū)。 NP＋耗盡區(qū)( a )P N＋耗盡區(qū)( b )53 P N 耗盡 區(qū) 內(nèi)電場 UB U 圖 19 正向偏置的 PN結(jié) + E R U + + + + + + + + + + + + + + + 122 ＰＮ結(jié)的單向?qū)щ娞匦? 54 PN結(jié)加正向電壓 ? 外加的正向電壓大部分降落在 PN結(jié)區(qū)，方向與 PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。 ? 于是，內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響。 ? PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性，有較大的正偏電流。 55 圖 110 反向偏置的 PN結(jié) E R P N 耗盡 區(qū) 內(nèi)電場 UB +U + U + + + + + + + + + + + + + + + 二、 PＮ結(jié)加反向電壓 56 PN結(jié)加反向電壓 ? 外加的反向電壓大部分降落在 PN結(jié)區(qū)，方向與 PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強了內(nèi)電場。 ? 內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時 PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流。 ? PN結(jié)呈現(xiàn) 高阻性 。 ? 在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為 反向飽和電流 。 57 PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流； PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。 結(jié)論： PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。 58 三、 PN結(jié)電流方程 )1( / ??? TUus eIi圖 111 PN結(jié)的伏安特性 當 T=300K (室溫 )時 , UT=26mV。 i u 0 T T U(BR) IS為反向飽和電流 (1015A) 。 UT=K T/q ,溫度電壓當量， 59 PN結(jié)伏安特性 由上式 ? 當 u為正時 PN結(jié)外加正電壓時，流過電流為正電壓的 e指數(shù)關(guān)系。 ? 當 u為負時 PN結(jié)外加負電壓時流過電流為飽和漏電流。 )1( / ??? TUus eIiTU/us eIi ??sIi ?60 125 PN結(jié)的溫度特性 一、 反映在伏安特性上為： 溫度升高，正向特性向左移，反向特性向下移。 ，溫度每升高 1℃ ，結(jié)電 壓減小約 2~，即 Δu/ΔT≈(2~)mV/℃ 10℃ ，反向飽和電流 IS增大一倍。 10/)(12 122TTSS II??61 硅管： UD(on)=。鍺管： UD(on)= i u 0 T T U(BR) 導通電壓 UD(on) UD(on) )1( / ??? TUus eIi62 123 PN結(jié)的擊穿特性 ? 當對 PN結(jié) 外加反向電壓超過一定的限度，PN結(jié)會從反向截止發(fā)展到反向擊穿。 ? 反向擊穿破壞了 PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?。 ? 利用此原理可以制成 穩(wěn)壓管 。 ? U( BR )稱為 PN結(jié)的擊穿電壓。 ? 有兩種擊穿機理： 雪崩擊穿 和 齊納擊穿。 63 擊穿種類 摻雜情況 耗盡層寬度 擊穿機理 雪崩擊穿 輕摻雜 寬 因為耗盡層寬，使加速的少子撞擊耗盡區(qū)的中性原子，產(chǎn)生電子、空穴對，反復(fù)作用使載流子數(shù)目迅速增加 齊納擊穿 重摻雜 窄 較窄的耗盡區(qū)有很強的電場，強電場使耗盡區(qū)的價電子被直接拉出共價鍵，產(chǎn)生電子、空穴對。 雪崩擊穿和齊納擊穿的 比較 64 問題： 為什么輕摻雜的 PN結(jié)不易出現(xiàn)齊納擊穿？相反重摻雜為什么不易出現(xiàn)雪崩擊穿？ 答： 因為輕摻雜的耗盡層寬，正負離子分布稀疏，電場強度不夠強，不足以拉出價電子。而重摻雜的耗盡層窄使少子的加速時間短，少子的動能不足以撞擊中性原子，產(chǎn)生電子空穴對。 65 一般來說，對硅材料的 PN結(jié)， UBR7V時為雪崩擊穿； UBR 5V時為齊納擊穿； UBR介于 5~7V時，兩種擊穿都有。 66 擊穿的可逆性 ? 電擊穿是 可逆的 （可恢復(fù)，當有限流電阻時）。 ?電擊穿后如無限流措施，將發(fā)生熱擊穿現(xiàn)象。 ?熱擊穿會破壞 PN結(jié)結(jié)構(gòu)（燒壞） ?熱擊穿是 不可逆 的。 67 124 PN結(jié)的電容特性 PN 結(jié)的耗盡區(qū)與平板電容器相似，外加電壓變化，耗盡區(qū)的寬度變化，則耗盡區(qū)中的正負離子數(shù)目變化，即存儲的電荷量變化。 一、 勢壘電容 CT 68 多子擴散 ?在對方區(qū)形成非平衡少子的濃度分布曲線 ?偏置電壓變化 ?分布曲線變化 ?非平衡少子變化 ?電荷變化。 二、擴散電容 CD 69 N區(qū)耗盡區(qū)P 區(qū)x0x0Lnnp0②①Δ Qnnp( 0 )np圖 1―12 P 區(qū)少子濃度分布曲線 70 結(jié)電容 Cj= CT + CD 結(jié) 論 因為 CT和 CD并不大，所以在高頻工作時，才考慮它們