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《半導體器件物理-PN結開關特性》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、西安電子科技大學PhysicsofSemiconductorDevices微電子學院雙極型器件物理(雙語)游海龍XDPhysicsofSemiconductordevice1-6PN結瞬態(tài)特性1開關應用要求2PN結從導通轉為斷開的瞬態(tài)響應3PN結從斷開轉為斷導通的瞬態(tài)響應4減小開關時間的主要措施微電子學院理想PN結直流伏安特性的定量分析.2XDPhysicsofSemiconductordevice一.開關應用要求?開關特性是利用PN結的單向導電特性。在開關工作時，PN結總是處于正偏（也叫“開態(tài)”）和反偏（也叫“關態(tài)”）的交替變化工作中。?本節(jié)研究PN結以多快的速度由一
2、種狀態(tài)轉變?yōu)榱硪环N狀態(tài)：?瞬態(tài)關斷特性：從開態(tài)到關態(tài)的切換過程?瞬態(tài)開啟特性：從關態(tài)到開態(tài)的切換過程微電子學院理想PN結直流伏安特性的定量分析.3XDPhysicsofSemiconductordevice二.PN結從導通轉為斷開的瞬態(tài)響應i(t)i(t)PNItfFV(t)Jtt?00.1IRtsRRIFRRVVRFV(t)J正偏轉為反偏的簡單電路VontV?VVFonFt?0i???IFRRFFVRV?VVRJR電流（電壓）～時間瞬態(tài)特性0?t?ti?????IsRRRRR微電子學院理想PN結直流伏安特性的定量分析.4XDPhysicsofSemiconductor
3、device二.PN結從導通轉為斷開的瞬態(tài)響應注意，在開關切換后：?反向電流并不立刻下降到與所加的反偏電壓對應的穩(wěn)態(tài)反偏電流上，而是最終衰減到穩(wěn)態(tài)值之前的一段時間內保持常數。?反向電流保持為常數的這段時間稱為存儲時間t，反向s電流從I衰減到0.1I所需的時間稱為下降時間t。RRf?在存儲時間內，pn結正偏，即使外加電壓已到達使pn結反偏的程度。反向恢復時間定義為trr?ts?tf通常把ts作為主要的品質因素來表征瞬態(tài)關斷過程微電子學院理想PN結直流伏安特性的定量分析.5XDPhysicsofSemiconductordevice二.PN結從導通轉為斷開的瞬態(tài)響應當PN結
4、正向偏置時會在緊鄰耗盡區(qū)的準中性區(qū)內產生非平衡少數載流子的積累；反之，當pn結反偏時緊鄰耗盡區(qū)的少子會顯著減小。PN結正向導通時少子在擴散區(qū)積累的現象叫電荷存儲效應。電荷存儲效應是開關延遲的根本原因微電子學院理想PN結直流伏安特性的定量分析.6XDPhysicsofSemiconductordevice二.PN結從導通轉為斷開的瞬態(tài)響應開關過程中少子濃度隨時間的變化nppnt?0t?0t?ts0p0nnpt??t??存儲時間：邊界少子濃度達到熱平衡值所需的時間微電子學院理想PN結直流伏安特性的定量分析.7XDPhysicsofSemiconductordevice二.P
5、N結從導通轉為斷開的瞬態(tài)響應電荷存儲效應（以P+N結為例說明）穩(wěn)態(tài)時，N區(qū)存儲的少子電荷為?qVxqVF?FQ?qAp0(ekT?1)eLPdx?qALp0(ekT?1)p?nPn0P+區(qū)向N區(qū)注入的空穴電流為0qVFpnkTI?qAD(e?1)?IPPFLP比較兩個公式可得：I?Q?Fpp結論：可以用非平衡載流子電荷來描述電壓電流關系。微電子學院理想PN結直流伏安特性的定量分析.8XDPhysicsofSemiconductordevice二.PN結從導通轉為斷開的瞬態(tài)響應參數?p的意義?N區(qū)空穴的壽命；?非平衡少子在N區(qū)的平均停留時間；?對擴散電容進行充電產生電荷Q
6、p所需的延遲時間；2QwPn?對短二極管，IF?,?t??2DtP微電子學院理想PN結直流伏安特性的定量分析.9XDPhysicsofSemiconductordevice三.PN結從斷開轉為斷導通的瞬態(tài)響應電流脈沖（激勵）電壓～時間響應t?0：Q(0)?0，i?IPFt??pQ?IeqvAkTQP(t)??pIF(1?e)P?p0(?1)kTI?tF?pv(t)?ln[1?(1?e)]AqI0微電子學院理想PN結直流伏安特性的定量分析.10XDPhysicsofSemiconductordevice三.PN結從斷開轉為斷導通的瞬態(tài)響應在瞬態(tài)開啟間p+n結內部空穴存儲電
7、荷的積累微電子學院理想PN結直流伏安特性的定量分析.11XDPhysicsofSemiconductordevice四.減小開關時間的主要措施存儲時間t的計算?1IF2st??[erf()]spI?IRFt?0:Q??Ii??IPpFRt??pQ(t)???I??(I?I)ePpRpFRIF假設QP(ts)?0所以ts??pln(1?)IR?為了使PN結快速地關斷，需要有較大的反偏電流以及較小的少子壽命。?減少壽命：引入復合中心。對于硅，金是有效的復合中心。在硅中有意引入金可以減小壽命。微電子學院理想PN結直流伏安特性的定量分析.12XD
