第二节PN结
I D I T 求得VB 近似表达式
式中
VT
VB
VT
ln
Na Nd ni 2
kT q
VT 称为热电压,单位为伏特。
当室温为 T 300K时 VT 26mv
上式表明,PN结两边的掺杂浓度Na、Nd 越大,ni 越小, VB就越大。 锗的ni 大于硅,因而硅的VB 大于锗。
P区
空间电荷区
致使PN结中的载流子的数量急剧增多 流过PN结的反向电流也就急剧增大。
2、齐纳击穿: 发生在掺杂浓度较高的PN结中,当PN结两边的掺杂浓
度很高时,PN结将变得很薄,此时碰撞机会很小,不容易发 生碰撞电离。
但这种结构不用加太大的反向电压,就能建立很强的 电场,足以把PN结内中性原子的价电子直接从共价键中拉 出来,产生新 的自由电子–空穴对,这种过程称作场致激发, 场致激发能产生大量的载流子,是通过PN结的反向电流剧 增,呈现反向击穿现象。
或者说,阻挡层主要向低掺杂一侧扩展。
例如 P N 结,即P区的Na大于N区的Nd
故
Xn Xp
还可证明,动态平衡下PN结的阻挡层宽度为:
1
lo
xn
xp
2
q
VB
Na Nd NaNd
2
式中、ε为介电常数,由此式可知,VB 越小或者Na和Nd 越大,lo就越小。
1
1
-2 -1
V/V
0 0.2 0.4 0.6 0.8
实验结果表明 温度每升高10℃,IS 约增加一倍; 温度每升高1℃,VD(on) 约减小2.5mV。 当温度进一步升高时,热平衡少子浓度进一步增加。
在极端的情况下,本征激发占支配地位,杂质半导体就变得 与本征半导体相似,PN结也就不存在了。
PN结受最高工作温度的限制:
小结: (1)、雪崩击穿的击穿电压较高,其值随掺杂浓度降低而增大。
(2)、齐纳击穿的击穿电压较低,其值随掺杂浓度增大而减小。
3、击穿电压的温度特性: 雪崩击穿: 温度↑→ 晶格的热振动加剧
致使载流子运动的平均
自由路程缩短
碰撞 前获得外加电场的能量减小 →
发生碰撞而电离的可能性减小 因此只有加 大反向电压 → 才能发生雪崩击穿。 因此,雪崩击穿电压随温度升高而增大,具有正的温度系数。 齐纳击穿:
1、雪崩击穿:
发生在掺杂浓度较低的PN结中,随着反向电压的增大,PN 结内部电场增强,载流子的漂移速度相应加快,致使动能加大, 当向电压增大到V(BR) 数值时,载流子获得的动能,足以把束缚 在共价键中的价电子碰撞出来, 产生新的自由电子–空穴
对 获得动能、碰撞 产生新的自由电子–空穴对 获得动能、碰撞
五、PN结的电容特性:
PN结出了上述的电流随电压变化的非线性电阻外,还 具电荷量随电压变化(伏库特性)的非线性电容特性。
这种特性由势垒电容和扩散电容两部分组成。
势垒电容:用CT 表示。 扩散电容:用CD 表示。 PN结电容,用Cj 表示。
1、势垒电容:
类似与平行板电容器,交界面两侧贮存着数值相等, 极性相反 的离子电荷,电荷量的大小随外加电压而变化。
结果: 阻挡层宽度减小,即 l < lo 两侧的离子电量减少,扩 散运动增强,打破了扩散和漂移的动态平衡,此时 ID > IT 这 样P区中多子空穴将源源不断的通过阻挡层扩散到N区, 成为N 区中的非平衡少子,建立如图所示的少子浓度分布图。
阻挡层两端电位差、中性区少子浓度分布。
P
V
N
-xpo -xp0 xn lo
空间电荷区
P区
N区
内建电场E
伏库特性曲线
Q
Q2 Q1
V V2 V1 0
设 , 外 加 在 PN 结 上 的 电 压 由 一 个 小 的 变 化 , 即
但是,由于IS很小, 因此,当V不太大时,I仍是很小的数值, PN结几乎不导通,类似于反偏的情况。
例如 当 I S 10 15 A ,V<0.54V时;
V
V
I IS (eVT 1) ISeVT
0.54V
10 15 ( A)e 26mV 10.5 10 15 ( A)
即 其值 1μA以下,只有当V较大时,I才会有明显的数值, 并且V稍有增大,I有迅速增大的特点。
lo
xn
xp
2qຫໍສະໝຸດ VBNa Nd NaNd
2
因为VB小,表明空间电荷区二边的正、负电荷量小,lo 就小;Na和Nd大,xn和xp就必然小,因而,lo就越小。此外, 温度升高时,由于VB减小,lo也就减小。 lo一般为 μm 数量 级。
突变结
缓变结
超突变结
三、PN结的伏安特性:
温度↑→ 共价键中的价电子所具有能量状态增高 → 在电场的
作用下价电子比较容易挣脱共价键束缚 → 产生场致激发。 因此,齐纳击穿电压随温度升高而降低,具有负的温度系数。
一般来说,6V以下属于齐纳击穿,6V以上属于雪崩 击穿,在6V左右时,两种击穿将会同时发生相应击穿电压 的温度系数趋近于零。
4、稳压二极管: 利用PN结反向击穿特性,制成的二极管,称为稳
VB xno
VB-V x
l Pn(x)
npo
np(x)
-xp0 xn
pno x
外加电源的作用:
它必须向P区源源不断地补充失去的空穴(因注入N区, 而失去的空穴及复合非平衡少子电子,而失去的空穴);向 N区源源不断地补充失去的电子(因注入P区,而失去的电子 及复合非平衡少子空穴,而失去的电子)。
即: 外电源向P区补充空穴就是从P区拉出电子,显然, 这些电子 恰好是N区所需补充的,因此,外电路仅有自N区 通过外电源流向P区的电子电流。实际上,补充的目的,就 是为了满足在P区、N区的电中性条件,通常将P区和N区统 称为中性区。
例如、硅PN结的IS 约为10-9…10-16A
即 1 107 nA
锗PN结的IS 约为 106 108 A
即 1 10 2 A
IS 又是温度敏感的参数,其值随温度升高而增大,此 外,IS 还与PN结的面积成正比的增大。
(3)、伏安特性:
理论证明:PN结的正向特性和反向特性可统一由下面指
第二节 PN结
一、PN结制造工艺:
在一块P 型(或N型)半导体中,掺入施主杂质(或受主杂 质),将其中一部分转换为N型(或P型)。这样形成的PN结 保持了两种半导体之间晶格结构的连续性,此制造工艺称为 平面扩散法。
实际的PN结均为不对称结,它的P型和N型半导体具有
不同的掺杂浓度。其中,P区掺杂浓度大于N区的称为 P N 结;N区掺杂浓度大于P区的称为 PN 结。
二、动态平衡下的PN结:
1、PN结形成过程(阻挡层形成的物理过程):
接触面
P型
N型
空间电荷区
P区
N区
内建电场E 设 ID 为P区流向 N区的扩散电流
IT 为N区流向P区的漂移电流
由于浓度差的影响,载流子将产生扩散运动。随着多子 扩散运动的进行,紧靠在接触面两侧留下被电的离子电荷量 增多,空间电荷 区 增宽,其间的内建电场E相应增大。
当V为负值,即 PN结反偏时,并且有 |V|>>VT 时
V
I I S (eVT 1)
V
e VT →0
则 I≈-IS
因此,流过PN结的电流为反向饱和电流。
通过实际测量,用描点法可绘出PN结的伏安特性曲线:
I
V
I I S (eVT 1)
0
V
实际上,当外加正偏电压时,I 虽然按V的指数规律增大,
通过上述分析可知:
(1)、热平衡少子浓度远小于多子浓度,因而外加反偏时, 由少子形成的反向电流,将小于外加正偏时,由多子形成的 正向电流。
(2)、若当反向电压稍大时,多子通过PN结的扩散作用可 以忽略,反向电流几乎全是由少子漂移作用而形成的,其值 几乎与 外 加反向电压大小无关,故反向电流又称为反向饱 和电流,用IS 表示。 (3)、IS是由少子通过PN结漂移而形成,因而,其值与PN 结两边的掺杂浓度有关,两边掺杂浓度越大,相应的热平衡 少子浓度 Pno 、npo 就越小,IS也就越小。
1、PN结伏安特性: 是指通过PN结的电流与加在其上电压之间的依存关系。
(1)、正向特性 PN结外加正向电压(简称正偏),即外加直流电源正
极接P区,负极接N区。
V
P
N
内建电场E
V
P
N
内建电场E
在忽略引线电阻,P区、N区体电阻时,即外加电压将全 部加在 PN结上,由于外加电压与内建电位差的极性相反,因 而阻挡层两端的电位差,由VB减小到(VB-V)。
V2 V1 2.3VT 2.3 26mV 60mV
若 I 2 100 I1 时:
V2 V1 2.3 2VT 2.3 2 26mV 120 mV
可见,V每增加60mV ,I 将按10的幂次方迅速增大。
在工程上定义一电压,称为导通电压(或称为开启电 压),用 VD(on) 表示,认为当 V > VD(on) 时 , PN结正向导 通。 当 V < VD(on) 时, PN结截止。
压二极管或齐纳二极管,简称稳压管。
稳压二极管的伏安特性曲线
稳压二极管的电路符号
ID mA
VZ o IZmin
IZmax
V/V
主要参数: (1)稳定电压值,用VZ 表示 (2)最小稳定电流,用IZmin 表示;保证 IZ > IZmin (3)最大稳定电流,用 IZmax 表示; 保证 IZ < IZmax (4) 最大耗散功率 用 PZM 表示;PZM =VZIZmax
第二讲 模拟电子技术基础PN结
PN结无论是本征半导体,还是单一杂质半导体是不能构成电子器件的。
只有将两种杂质半导体进行有机结合,才能制造出电子器件。
采用不同的掺杂工艺,通过扩散作用,将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体基片上,在它们的交界面将形成PN结。
PN结具有单向导电性。
它是构成电子器件的最小结构。
在半导体器件和集成电路中具有重要的作用。
1.2 PN结及其单向导电性1.2.1 PN结的形成在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成P型半导体和N型半导体。
P型半导体和N型半导体的交界面形成一个特殊的薄层,称为PN结。
NP+++---+++++++++++++-------------PN结(1)PN结形成的物理过程:交界面两侧载流子存在浓度差空穴和电子在交界面产生复合多子浓度骤然下降不移动带电离子形成空间电荷区耗尽层、PN 结多子的扩散运动N 区的电子(多子)向P 区扩散P 区的空穴(多子)→N 区空间电荷区(PN 结)PN耗尽层内电场+_PN 结内:N 区失去电子→显正电性P 区得到电子→显负电性在空间电荷区内形成了N 区→P 区的电场,称为内电场1.2 PN结及其单向导电性(2)PN结内存在两种载流子的运动:空间电荷区形成内电场促进少子漂移运动阻止多子扩散运动形成PN 结宽度相对稳定②少子的漂移运动:N 区的空穴→P 区P 区的电子→N 区空间电荷区变窄空间电荷区加宽①多子的扩散运动:N 区的电子→P 区P 区的空穴→N 区扩散和漂移达到动态平衡1.2 PN结及其单向导电性NP ++++++++++++++++----------------E 多子的扩散运动浓度差少子的漂移运动内电场越强,漂移运动越强,而漂移使空间电荷区变薄。
扩散的结果使空间电荷区变宽。
RUN P ++++++++++++++++----------------U φUi D++__1.2.2PN 结的单向导电性(1)PN结加正向电压(正偏):P 区接电源正极,N 区接负极外电场与内电场方向相反外电场削弱内电场耗尽层变窄破坏PN 结动态平衡扩散运动>漂移运动多子扩散形成较大的正向电流PN结呈现低阻导通状态1.2 PN结及其单向导电性RUU i RU φN P ++++++++++++++++----------------++__(2)PN结加反向电压(反偏):P 区接负电源,N 区接正外电场与内电场方向相同外电场加强内电场耗尽层变宽破坏PN 结动态平衡漂移运动>扩散运动少子漂移形成极小的电流PN结呈现高阻截止状态1.2 PN结及其单向导电性1.2 PN结及其单向导电性PN结加反向电压时,具有很小的反向漂移电流,呈现高电阻,PN结截止。
最新第二章-PN结
漂移电流大于扩散电
-
内电场
外电场 U
+
流,可忽略扩散电流
UB+U 在一定的温度条件下,
由本征激发决定的少
E
R
子浓度是一定的
故少子形成 的漂移电流是恒定的,基本上与所加反向 电压的大小无关,这个电流也称为 反向饱和电流IS。
《半导体器件》中国计量学院光电学院
综上所述:PN结加正向电压时,呈现低 电阻,具有较大的正向扩散电流;PN结加反 向电压时,呈现高电阻,具有很小的反向漂 移电流。 即PN结具有单向导电特性。
第二章-PN结
一、PN结的形成 二、PN结的单向导电性 三、PN结的击穿特性 四、PN结的电容效应 五、 PN结的隧道效应
《半导体器件》中国计量学院光电学院
P型半导体和N型半导体相结合——PN结
PN结是构造半导体器件的基本单元。其 中,最简单的晶体二极管就是由PN结构 成的。
PN
异质结、同质结
《半导体器件》中国计量学院光电学院
发生击穿并不一定意味着PN结被损坏。 当PN结反向击穿时, 只要注意控制反向
电流的数值(一般通过串接电阻R实现),
不使其过大, 以免因过热而烧坏PN结, 当反向电压(绝对值)降低时, PN结的性 能就可以恢复正常。 稳压二极管正是利用了PN结的反向击 穿特性来实现稳压的, 当流过PN结的电 流变化时, 结电压基本保持不变。
关键在于耗尽层的存在
《半导体器件》中国计量学院光电学院
PN结的伏安特性
UD
I
伏安特性方程 ID IS(eUT 1)
ID
UBR U B
O
U
加正向电压时,UD只要大
于UT几倍以上,IDISeUD/UT
课件:第二章 PN结
2.1 热平衡(无偏压) Байду номын сангаасN结
二、电场和电势分布:
(2)电势分布:
P型电 中性区
qNd
N型电 中性区
(ii)P区耗尽层: (xp x 0)
d (x)
dx
(x)
q Na
s
(x
xP ),
-xp
xn
x
-qNa
耗尽区
(x) (x)dx
q Na
s
(x
xP
)dx
q Na
2 s
(x
xP )2
中性区耗尽区 耗尽区 中性区 x
即:(xn )
q Nd
s
x n C2
0,
C2
q Nd
s
xn
-xp
0
xn
(x)
qNd
s
( xn
x),
(xn x 0)
(2 115)
qNa xP s
qNd xn s
电场分布图
2.1 热平衡(无偏压) PN结
二、电场和电势分布:
(1)电场分布:
P型电 中性区
qNd
qNd
(2)静电势法: 取费米势为电势能的零点。
-xp
-qNa
N型电
中性区
xn
x
n0 ni exp /VT (110 9) p0 ni exp /VT (11010)
边界区 耗尽区 边界区
N型电中性区:
P型电中性区:
n
VT
ln
n ni
VT
ln
Nd ni
,
(2 1 6)
p
VT
ln
p ni
2.1 热平衡(无偏压) PN结
PN结
N区
扩散
2.2.3 非平衡PN结的能带图
(1)正偏
(2)反偏
2.2.4、V-I 特性方程
1、理想PN结模型
(1)小注入。即注入的非平衡少数载流子浓度远 低于平衡多子浓度,即掺杂浓度。 (2)外加电压全部降落在势垒区,势垒区以外为 电中性区。 (3)忽略势垒区载流子的产生-复合作用。通过势 垒区的电流密度不变。 (4)忽略半导体表面对电流的影响。 (5)只考虑一维情况。
硅 PN 结发生雪崩击穿的电场强度为 105~106 V / cm 非破坏性可逆击穿
2.4.2、产生击穿的机构
2、隧道击穿 反向偏压升高 P区价带顶高于 N区导带底 当势垒区宽度较小 P区价带电子按一定几率穿透势垒到达N区 导带 形成电子空穴对 这种效应称 “隧道效应”
N +区 一般: 隧道击穿的电压较低, 如 Si PN 结,VB < 4.5 V 雪崩击穿的电压较高, 如 Si PN 结,VB > 6.7 V 非破坏性可逆击穿 势 垒 区
qDP Pn0 qDnnP0 (e (2) Wn Lp W p Ln I A F WN WP
qVF / kT
1)
(3)小电流下,正向电流比理论值大;要考虑势垒复合电流的 影响。 (4)大电流下,正向电流比理论值小,势垒区以外存在大注入 自建电场。I F 与eqVF 2KT 成正比。 (5)反向电流比理论值大;要考虑表面漏电流及势垒产生电流 JG的影响。 (6)当T升高时,JF增大,JR增大。
2.2 PN结直流V-I特性(肖克莱方程)
非平衡PN结
处于一定偏置状态下的PN结称 为非平衡PN结。 当P区接电源的正极,N区接电 源的负极,称为正向PN结。反 之,则称反向PN结。 外加电压基本降落在势垒区
半导体器件物理学习指导:第二章 PN结
型区扩散。由电子和空穴扩散留下的未被补偿的施主和
受主离子建立了一个电场。这一电场是沿着抵消载流子扩 散趋势的方向
在热平衡时,载流子的漂移运动正好和载流子的扩散运动
相平衡,电子和空穴的扩散与漂移在N型和P型各边分别留
下未被补偿的施主离子和受主离子N d和
N
a
。结果建立了
两个电荷层即空间电荷区。
i
反偏产生电流在 P N 结反向偏压的情况下,空间电荷区 中 np ni2 。于是会载流子的产生,相应的电流即为空间电 荷区产生电流。
隧道电流:当P侧和N侧均为重掺杂的情况时,有些载流子可 能穿透(代替越过)势垒而产生电流,这种电流叫做隧道电流
产生隧道电流的条件: (1)费米能级位于导带或价带的内部; (2)空间电荷层的宽度很窄,因而有高的隧道穿透几率; (3)在相同的能量水平上在一侧的能带中有电子而在另
雪崩击穿:在N区(P区)的一个杂散空穴(电子)进入空 间电荷层,在它掠向P区(N区)的过程中,它从电场获得 动能。空穴(电子)带着高能和晶格碰撞,并从晶格中电 离出一个电子以产生一个电子空穴对。在第一次碰撞之后, 原始的和产生的载流子将继续它们的行程,并且可能发生 更多的碰撞,产生更多的载流子。结果,载流子的增加是 一个倍增过程,称为雪崩倍增或碰撞电离,由此造成的PN 结击穿叫做雪崩击穿。
Ae-wn Lp K2 = - 2sh wn - xn
Lp
(4)
Aewn Lp K1 = 2sh wn - xn
Lp
(5)
将(4)(5)代入(1):
sh wn - x
pn
-
pn0
=
pn0 (eV
VT
- 1) sh
Lp wn - xn
第二章 PN结
由于 p po
ni2 ni2 N A ,pno ,故得: nno N D
kT N A N D Vbi ln q ni2
由上式可见,Vbi 与掺杂浓度、ni (或EG 及温度T )有关。 在常用的掺杂浓度范围和室温下,硅的 Vbi 约为 0.75V ,锗的 约为 0.35V 。最后可得: 1
xd
也
3. 平衡的p-n结能带与载流子分布
1)平衡PN结能带
自建场和自建势
P区 N区
NApp0
NA-
ND+
nn0
x
xn
xp
dx C
dp J p qD p q p p 0 dx
dE f dx 0
1)p区导带底比n区高qVbi, P区价带顶比N区高qVbi 2)禁带宽度Eg保持处处相等 3)势垒区内能带弯曲 4)有统一的费米能级
可见:
空穴扩散:P 区 电子扩散:P 区
p po ni pno nno ni n po
N区 N区
扩散电流方向为:P 区
N区
P区留下 N A ,N区留下 N D ,形成 空间电荷区。空间电 荷区产生的电场称为 内建电场,方向为由N 区指向P 区。电场 的存在会引起漂移电流,方向为由N 区指向P 区。 扩散电流: P 区 漂移电流: P 区 N区 N区
0 max
q
s
xn N D
q
s
s
xp NA
由上式可求出 N 区与P 区的耗尽区宽度:
xn
s
qN D
max ,
xp
qN A
电工电子技术基础知识点详解2-2-PN结及其单向导电性
PN结及其单向导电性
主要内容: PN结的形成; PN结的单向导电性。
重点难点: PN结的单向导电性。
PN结及其单向导电性
1. PN结的形成 空间电荷区也称 PN 结
内电场越强,漂移 运动越强,而漂移
少子的漂移运动使空间电荷区变薄。
P 型半导体
Байду номын сангаас
内电场 N 型半导体
------ + + + + + + ------ + + + + + + ------ + + + + + + ------ + + + + + +
扩散和漂移这一对 相反的运动最终达到 动态平衡,空间电荷 区的厚度固定不变。
浓度差 多子的扩散运动 扩散的结果使
形成空间电荷区
空间电荷区变宽。
PN结及其单向导电性
2. PN结的单向导电性 (1) PN 结加正向电压 (正向偏置)
PN 结变窄
---- - - ---- - - ---- - -
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P IF
内电场 N
外电场
+–
P接正、N接负
内电场被削弱,多 子的扩散加强,形成 较大的扩散电流。
PN 结加正向电压时,PN结变窄,正向电流较大,正向电阻 较小,PN结处于导通状态。
002第二章 PN结
2-1.P N +结空间电荷区边界分别为p x -和n x ,利用2T V V i np n e =导出)(n n x p 表达式。
给出N 区空穴为小注入和大注入两种情况下的)(n n x p 表达式。
解:在n x x =处 ()()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫⎝⎛-=KT E E n x n KT E E n x p i Fn in n FP i i nn exp exp()()VT V i Fp Fn i n n n n e n KT E E n x n x p 22exp =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 而()()()000n n n n nn n n n n n n p x p p p n x n n n p x =+∆≈∆=+∆=+ (n n n p ∆=∆)()()TTV Vin n n V V in n n en p n p e n n n p 2020=∆+⇒=∆+2001TV V n i n n n p n p e n n ⎛⎫⇒+=⎪⎝⎭ T V V 22n n0n i p +n p -n e =0n p =(此为一般结果) 小注入:(0n n n p <<∆)T T V V n V V n i n e p e n n p 002== ()002n n i p n n =大注入: 0n n n p >>∆ 且 n n p p ∆= 所以 TV V inen p 22=或 TV Vi n en p 2=2-2.热平衡时净电子电流或净空穴电流为零,用此方法推导方程20lni ad T p n n N N V =-=ψψψ。
解:净电子电流为()n nn nI qA D n xμε∂=+∂ 处于热平衡时,I n =0 ,又因为 d dxψε=-所以nn d n n D dx x ψμ∂=∂,又因为n T nDV μ=(爱因斯坦关系) 所以dn nV d T=ψ, 从n p x x →-作积分,则2002ln ln ln ln ln i a d n p T n T po T d T T a in N NV n V n V N V V N n ψψψ=-=-=-=2-3.根据修正欧姆定律和空穴扩散电流公式证明,在外加正向偏压V 作用下,PN 结N 侧空穴扩散区准费米能级的改变量为qV E FP =∆。
第2章_PN结
22
2、耗尽区
空间电荷区
耗尽近似:假设空
P
xp
电位 电子的电势能
FP
N
内建电场
xn
间电荷区内的载流子完
空间电荷完全由电离杂 质提供。这时空间电荷
0
q 0
全扩散掉,即完全耗尽,
区又可称为“耗尽区”。 E
qVFN ED
EC Ei EF E EiV EV
EC
能带 能带
23
设P型和N型侧的耗尽层宽度分别为xp和xn, 整个空间电荷层宽度表示为W=x n +x p 耗尽层宽度与扩散电势差有关,具体的计 算分情况讨论(了解) 对于P+N突变结
27
正向偏压PN结中费密能级的变化 图中的电子准费米能级如何随位置变化的?
28
PN结的反向特性 反向PN结
P区接负,N区接正 外加电场与内建电场方向相同 空间电荷区中的电场增强 反向电压使: 势垒区宽度变宽 势垒高度变高 0 qV0D↑q(VD+VR)
破坏扩散漂移运动平衡 漂移运动 强于 扩散运动
W =xn
20 1/2 qN D
空间电荷区的自建电场强度是非均匀电场, 电场强度是x的函数
24
2.2 加偏压的PN结
2.2.1 PN结的单向导电性 2.2.2 少数载流子的注入与输运
25
2.2.1 PN结的单向导电性
非平衡PN结
处于一定偏置状态下的 PN结称为非平衡PN结
当PN结两端加正向偏 压VF,即P区接电源的 正极,N区接电源的负 极,称为正向PN结。 反之,当PN结两端加反 向偏压VR则称反向PN结。
p n x n p n x n p n 0
第二章PN结(PDF)
二、 PN结加工方式与杂质分布 1. 突变结
P区
N区
z 单边突变结 P+N结 N+P结
杂
质 浓
NA
度
ND
xj
x
5
2.1平衡PN结
2.1.1、PN结结构与杂质分布
二、 PN结加工方式与杂质分布
N
P
扩散法制造PN结过程
杂
质 浓
ND -NA
度
N-Si
P-Si
xj
x
缓变结 6
2.1平衡PN结 2.1.1、PN结结构与杂质分布
23
2.2 理想PN结的伏安特性 2.2.3 理想PN结的伏安特性
一、理想PN结模型 A. 小注入。即注入的非平衡少数载流子浓度远低 于平衡多子浓度(即掺杂浓度)。 B. 外加电压全部降落在势垒区。势垒区以外为电 中性区。 C. 忽略势垒区载流子的产生-复合作用。通过势垒 区的电流密度不变。 D. 忽略半导体表面对电流的影响。 E. 只考虑一维情况。
nP0
( ) ( ) ΔnP xP = nP0 eqV / KT −1 ( ) ( ) ΔpN xN = pN 0 eqV / KT −1
xP xN
P区 nP(xP)
N区 空 间 电 荷 区
pN(xN)
xP xN
27
2.2 理想PN结的伏安特性
2.2.3 理想PN结的伏安特性
二、V-I 特性方程 1、载流子浓度分布
二、V-I 特性方程
2、非平衡PN结V-I特性———肖克莱方程
PN结N区边界处少子扩散电流密度
由:j p
=
q
⋅
Δp
(0)
⎛ ⎜⎜⎝
Dp Lp
⎞ ⎟⎟⎠
