微電子pn結(jié)ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-26 01:58 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ??????????????????kTqVnkTqVnpnpinnnn e x pe x p200電流－電壓特性 為最小值的情況 ． 此條件存在于耗盡區(qū)內(nèi)某處 ， 其 Ei恰位于 EFp和 EFn的中間 ，如圖 所示 ． 在此其載流子濃度為 因此 由 d(nn+pn)＝ 0的條件推導(dǎo)出 nnnnnn dppnpdndp2???nn np ?或????????kTqVnnpinn 2e x p???????????????????????????12e x p21e x p20m axkTqVnkTqVnNvUiitth?FVWpLnLp n18109 ?1 ?in0pn]1)(ex p[0p?kTqVnpn0pp0nn]1)(exp[0n?kTqVp0np0nppx?nx(a) 正向偏壓CEFEVEVEFECE)q(biVV ?p nWnLpLRV0pp0nn0pn0npnppn0nxpx?(b) 反向偏壓圖 3 .1 6 耗盡區(qū)、能帶區(qū)和載流子分布CECEiEFpEVEiEVEFnE)q(FbiVV ?正向偏壓 反向偏壓圖 耗盡區(qū)、能帶區(qū)和載流子分布電流－電壓特性 因此復(fù)合電流為 其中 ?r等于 1/(?0vthNt)， 為有效復(fù)合壽命 ． 總正向電流 可以被近似為上式和 對(duì)于 V3kT/q ???????kTqVnNvUitth 2e x p210m a x ???????????????? ? kTqVq W nkTqVnNvqWq U d xJriitthWr e c 2ex p22ex p2 00 ???????? ??????????? 1e x p)()(kTqVJxJxJJspnnp的總和．由于 pn0np0和 V＞ 3kT/q，可以得到 ??????????????kTqVq W nkTqVNnDqJriDippF 2e x p2e x p2??電流－電壓特性 其中 ? 稱為 理 想 系 數(shù) (ideality factor)． 當(dāng)理想擴(kuò)散電流占優(yōu)勢(shì)時(shí) ， ?等于 1；但是當(dāng)復(fù)合電流占優(yōu)勢(shì)時(shí) ， ?等于 2；當(dāng)兩者電流相差不多時(shí) ， ?介于 1和 2之間 . 一般而言 ， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以被表示成 右圖顯示室溫下硅和砷化鎵 pn結(jié)測(cè)量的正向特性 ． 在低電流區(qū)域 ， 復(fù)合電流占優(yōu)勢(shì) ， ?等于 2；在較高的電流區(qū)域 ， 擴(kuò)散電流占優(yōu)勢(shì) ， ?接近 1． ?????????kTqVJF ?e x p0 910?710?510?310?110?KT 300?SiGaAs1??2??2??1??VV /F圖 300K 硅和砷化鎵二極管的正向電流－電壓特性比較 .虛線表示不同理想系數(shù)的 斜率?圖 硅和砷化鎵二極管的正向電流－電壓特性比較虛線表示不同理想系數(shù)的 斜率AI/FAI/F電流－電壓特性 在更高的電流區(qū)域 ， 注意到電流偏離 ?=1的理想情況 ， 且其隨正向電壓增加的速率較為緩慢 ． 此現(xiàn)象和兩種效應(yīng)有關(guān)： 串聯(lián)電阻和大注入效應(yīng) 。對(duì)串聯(lián)電阻效應(yīng) ， 在低及中電流區(qū)域 ， 其通過(guò)中性區(qū)的 IR電壓降通常比 kT/q (在 300K時(shí) 26mV)小 ， 其中 I為正向電流 ， R為串聯(lián)電阻 ． ? ???????????????????? ??kTq I RkTqVIkTIRVqIIsse x pe x pe x p如對(duì) R＝ ?的硅二極管 ， IR在電流為 lmA時(shí)僅有 ． 而在 100mA時(shí) IR電壓降變成 ， 比 kT/q大 6倍 ． 此IR電壓降降低跨過(guò)耗盡區(qū)的偏壓 ． 因此 ， 電流變成 0 910?710?510?310?110?KT 300?SiGaAs1??2??2??1??VV /F圖 300K 硅和砷化鎵二極管的正向電流－電壓特性比較 .虛線表示不同理想系數(shù)的 斜率?圖 硅和砷化鎵二極管的正向電流－電壓特性比較虛線表示不同理想系數(shù)的 斜率AI/FAI/F電流－電壓特性 而理想擴(kuò)散電流降低一個(gè)因子 ?????? kTqIRex p在 大注入濃度的 情況 ， 注入的少數(shù)載流子濃度和多數(shù)載流子濃度差不多 ，亦即在 n端的結(jié) pn(x=xn)?nn， 此即為大注入情況 ． 將大注入的情況代入式 得到 利用此作為一個(gè)邊界條件 ， 電流大約變成與 成正比 。 因此 ， 在大注入情況下 ， 電流增加率較緩慢 ． ??????????????kTqVnkTqVnpnpinnnn e x pe x p200???????? kTqVnxxp inn 2ex p)(?????? kTqV2ex p電流－電壓特性 工作溫度對(duì)器件特性有很大的影響 ． 在正向和反向偏壓情況之下 ， 擴(kuò)散和復(fù)合 產(chǎn)生電流的大小和溫度有強(qiáng)烈的關(guān)系 ． 右圖顯示硅二極管的正向偏壓特性和溫度的關(guān)系 ． 在室溫及小的正向偏壓下 ， 復(fù)合電流占優(yōu)勢(shì) ，然而在較高的正向偏壓時(shí) ， 擴(kuò)散電流占優(yōu)勢(shì) ． 給定一正向偏壓 ，隨著溫度的增加 ， 擴(kuò)散電流增加速率較復(fù)合電流快 ． 溫度影響 0 1210?1010?810?610?410?1??2??C?2251751257525VV /F410?610?810?1010?1210?210? 010? 210VV /RC?2251751257525(a) 正向偏壓 (b) 反向偏壓圖 3 .2 0 硅二極管電流－電壓特性和溫度的關(guān)系A(chǔ)I/FAI/FAI/FAI/F電流－電壓特性 右圖顯示溫度對(duì)硅二極管反向特性的影響 ． 在低溫時(shí) ， 產(chǎn)生電流占優(yōu)勢(shì) ， 且對(duì)于突變結(jié) (即 W～ VR1/2)，反向電流隨 VR1/2變化 ． 當(dāng)溫度上升超過(guò) 175℃ ， 在VR≥ 3kT/q時(shí) ， 產(chǎn)生電流有飽和的趨勢(shì) ， 擴(kuò)散電流將占優(yōu) ． 0 1210?1010?810?610?410?1??2??C?2251751257525VV /F410?610?810?1010?1210?210? 010? 210VV /RC?2251751257525(a) 正向偏壓 (b) 反向偏壓圖 3 .2 0 硅二極管電流－電壓特性和溫度的關(guān)系A(chǔ)I/FAI/FAI/FAI/F電流－電壓特性 在正向偏壓下 ， 電子由 n區(qū)被注入到 p區(qū) ， 而空穴由 p區(qū)被注入到 n區(qū) ． 少數(shù)載流子一旦越過(guò)結(jié)注入 ， 就和多數(shù)載流子復(fù)合 ， 且隨距離呈指數(shù)式衰退 ，如圖所示 ． 這些少數(shù)載流子的分布導(dǎo)致在 pn結(jié)上電流流動(dòng)及電荷儲(chǔ)存 。 下面分析電荷儲(chǔ)存對(duì)結(jié)電容的影響和偏壓突然改變導(dǎo)致的 pn結(jié)的暫態(tài)響應(yīng) . 被注入的少數(shù)載流子儲(chǔ)存在中性 n區(qū) ， 其每單位面積電荷可由對(duì)在中性區(qū)額外的空穴積分獲得 ， 如圖的圖形面積所示 ， 由 少數(shù)載流子 (minority carrier)的儲(chǔ)存 ： ? ?????
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