微波電子線路第二章上(編輯修改稿)
2025-05-26 06:53 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 P端接外電源的負(fù)極， N端接外 電源的正極） VPN結(jié)加反向偏壓 P N cE? ?PFE?q? ?NFEvEBAA?B?qVqVq ??sII ?? 正向 反向 PN結(jié)電壓電流特性 這種非線性關(guān)系也稱為 “ 整流特性 ” 21 半導(dǎo)體基礎(chǔ) 3. PN結(jié)的電容效應(yīng) PN結(jié)的電容效應(yīng)有兩種： 勢壘電容 和 擴(kuò)散電容 （ 1) PN結(jié)的電荷、電場及電勢分布 按照制作工藝的不同， PN結(jié)可以分為兩種： 突變結(jié) 與 緩變結(jié) 。 N 突變 PN結(jié) 結(jié) N 緩變 PN結(jié) ○ DNAN? ?xNDAN空間電荷區(qū)的電荷密度的分析一般采用 “ 耗盡層模型 ” ， 22 半導(dǎo)體基礎(chǔ) PAND AqNAqN ?? ????? PAND NN ?? ?突變 PN結(jié)空間電荷層寬度 緩變 PN結(jié)空間電荷層寬度 ○ N??P?x?ANDN 根據(jù) PN結(jié)空間電荷區(qū)的電荷密度可以得出其內(nèi)電場強(qiáng)度與電勢 的分布。欲求空間電荷區(qū)的電場及電勢分布，可以采用一維的泊松 （ Poisson）方程。 ? ?022???rxdxVd ?? ? ?0???rxdxdVdxd ????????23 半導(dǎo)體基礎(chǔ) 根據(jù)突變結(jié)的空間電荷密度分布，可以求得 N區(qū)和 P區(qū)的電勢 分布規(guī)律為： xqNxqNV NrDrDN ?????020 2??? xqNxqNV PrArAP ?????020 2??因此空間電荷區(qū)兩端之間的電勢差為： ? ?2202PANDrxPxNt NNqVVVVPN????? ?? ?????? ???2102 ?????????????? ????tADADrPN VNNNNq?????空間電荷區(qū)的總寬度為： 突變結(jié)一側(cè)為重?fù)诫s時，為： NtDr VNq ???? ???????? 210 1224 半導(dǎo)體基礎(chǔ) 突變 PN結(jié)電荷、電場及電勢關(guān)系 DNANP?N???dxdVVPVxxx 在結(jié)處電場強(qiáng)度最大，從結(jié)至空間 電荷區(qū)邊界，電場線性減小到零。根據(jù) 電場曲線下的面積代表電壓的原理，對 于摻雜濃度不同的 PN結(jié)來說，電壓主要 降落在輕摻雜一側(cè)的空間電荷區(qū)內(nèi)，即 對 P+N結(jié)，電壓主要降落在 N區(qū)一側(cè)空間 電荷區(qū)，而對 N+P結(jié)，電壓主要降落在 P 區(qū)一側(cè)空間電荷區(qū)。 25 半導(dǎo)體基礎(chǔ) （ 2) PN結(jié)的勢壘電容 設(shè)用 來代表 PN結(jié)空間電荷區(qū)的正、負(fù)電荷量 ： AqNAqN PAND ?????? ??AqNQDN ?? AqNQAP ?????????? ????ADADPN NNNNqAQ???2102tADADr VNNNqNAQ????? ? ? ? ?????????0000221 rtADADrrADrtADttAVNNNNqANqNVNNAdVdQC ??????26 半導(dǎo)體基礎(chǔ) （ 3) PN結(jié)的擴(kuò)散電容 PN結(jié)在正向偏置下有少子注入效應(yīng)，在空間電荷區(qū)兩側(cè)的 少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)存在著少子電荷的積累，這一部分電荷也與外加 電壓有關(guān)，存在著電容效應(yīng)。 ? ? ? ? ????????????????kTqVLkTAnqkTqVLkTApqdVdQdVdQC tnPtpNtntpd e x pe x p0202PN結(jié)的總電容 是勢壘電容 與擴(kuò)散電容 之和： jCtC dCdtj CCC ??正偏時，由于 通常遠(yuǎn)大于 ，故； 而反偏時，由于結(jié) 邊界附近空間電荷區(qū)的少子濃度隨反偏電壓變化很小，故反偏 時擴(kuò)散電容極小，通?？梢院雎?，此時有 。 dC tC dj CC ?tj CC ?27 半導(dǎo)體基礎(chǔ) 4. PN結(jié)的擊穿 PN結(jié)的擊穿有兩種情況：電擊穿和熱擊穿。電擊穿又可分 為兩種類型：一種稱作 “ 雪崩擊穿 ” ，另一種稱為 “ 齊納 ” 擊穿， 也叫 “ 隧道擊穿 ” 。 （ 1) 雪崩擊穿 反向電壓 電場強(qiáng)度 載流子速度 動能變大 碰撞電離 繼續(xù)加速 碰撞電離 反向電流增大 這種載流子倍增的現(xiàn)象與自然界的雪崩過程相似，稱之為 PN結(jié)的 “ 雪崩擊穿 ” 現(xiàn)象，對應(yīng)的反向電壓稱為 “ 雪崩擊穿電壓 ” 。 28 （ 2) 齊納擊穿 半導(dǎo)體基礎(chǔ) 對于重?fù)诫s的 PN結(jié)，由于空間電荷區(qū)的電荷密度大，所以空間 電荷區(qū)很薄，因而不太高的反向電壓，就能在空間電荷區(qū)內(nèi)形成很 大的電勢梯度（電場強(qiáng)度）。有可能使價帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶， 稱為內(nèi)部場致發(fā)射。由于這種效應(yīng)也使反向電流大大增加，稱之為 “ 齊納擊穿 ” ，也叫做 “ 隧道擊穿 ” 或 “ 軟擊穿 ” 。 PN結(jié)的擊穿特性 硬 軟 BV VI（ 3) 熱擊穿 當(dāng)反向電壓較高，反向電流也 較大時，耗散在 PN結(jié)上的功率較大， 引起 PN結(jié)溫度升高。而結(jié)溫升高， 又使阻擋層內(nèi)熱激發(fā)載流子濃度增 大，反向電流進(jìn)一步增大，如果散 熱不良，結(jié)溫將繼續(xù)上升。如此惡 性循環(huán)，將引起反向電流急劇增大， 導(dǎo)致 PN結(jié)擊穿。 29 金屬與半導(dǎo)體的肖特基接觸 半導(dǎo)體基礎(chǔ) 肖特基接觸 :是一種金屬與半導(dǎo)體的接觸（簡稱金半接觸） 形式，在某些情況下它可以具有非對稱的導(dǎo)電特性，其關(guān)系與 PN結(jié)的類似。 這一類接觸是某些半導(dǎo)體器件的基本組成部分，其工作特性 使得它在射頻及微波領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。 1. 金半接觸的接觸電勢差－肖特基 （ Schottky） 勢壘 金半接觸的特性與半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型（ N型或 P型）以及金 屬和半導(dǎo)體的 “ 逸出功 ” 的相對大小有關(guān)。 逸出功 :使電子從材料（半導(dǎo)
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