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《第三單元半導(dǎo)體雙極器件(PN結(jié))ppt課件.ppt》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、第三單元：半導(dǎo)體雙極器件第一章：P-N結(jié)P—N結(jié)是晶體二極管和三極管中最基本的環(huán)節(jié)，是半導(dǎo)體器件的核心部分。在制造晶體管和半導(dǎo)體集成電路時，其主要工藝就是制造性能良好的P—N結(jié)。P-N結(jié)理論是結(jié)型晶體管的物理基礎(chǔ)，因此在學(xué)習(xí)晶體管原理時，首先應(yīng)該很好掌握p—n結(jié)的基本理論。第一章：P-N結(jié)第一章：P-N結(jié)二.平衡PN結(jié)平衡PN結(jié)：無外加電壓且通過結(jié)的凈電流為零。1.空間電荷區(qū)：P區(qū)與N區(qū)結(jié)合在一起時，由于存在極大的載流子濃度梯度，導(dǎo)致P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散和N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散。隨著自建電場的增強(qiáng)，空間電荷不斷增多，空間電荷區(qū)也不斷擴(kuò)大，則載流子的漂移電流不
2、斷加大。達(dá)到平衡時，流過PN結(jié)的凈電流為零，空間電荷區(qū)不再展寬?？臻g電荷區(qū)內(nèi)存在一從N區(qū)指向P區(qū)的自建電場。2.平衡PN結(jié)的能帶：平衡PN結(jié)的費(fèi)米能級不隨位置變化本征費(fèi)米能級Ei隨位置的變化與電子電勢能的變化一致，即：（3-1）（3-2）（3-3）3.P－N結(jié)接觸電勢差平衡P-N結(jié)的空間電荷區(qū)兩端間的電勢差VD，稱為平衡P-N結(jié)的接觸電勢差或內(nèi)建電勢差。相應(yīng)的電子電勢能之差即能帶的彎曲量qVD稱為P-N結(jié)的勢壘高度。(3-4)非簡并半導(dǎo)體：(3-5)(3-6)(3-7)三．平衡P-N結(jié)的載流子分布(3-8)空間電荷區(qū)內(nèi)處的電子和空穴濃度：(3-9)(3-1
3、0)得：（3-11）（3-12）（3-13）（3-14）（3-15）四.平衡P-N結(jié)的電場i.突變結(jié)對非簡并半導(dǎo)體，假設(shè)雜質(zhì)全部電離，在空間電荷區(qū)：(3-16)假設(shè)空間電荷區(qū)內(nèi)自由載流子密度為零，即耗盡層近似，則電荷密度可表示為：（3-17）（3-18）（3-19）（3-20）求解一維泊松方程：（3-21）利用邊界條件：（3-22）（3-23）（3-24）最大電場為于X=0處：（3-25）利用處電勢分布連續(xù)性，可得：（3-26）（3-27）（3-28）（3-29）線性緩變結(jié)：電荷是對稱分布的，PN結(jié)界面為原點(diǎn)，其濃度梯度為a。（3-30）(3-31)(3-
4、32)(3-33)五．P-N結(jié)電流電壓特性1）非平衡PN結(jié)給PN結(jié)加上外電壓V，結(jié)兩邊的電勢差從平衡時的-VD變?yōu)?（VD±V）。勢壘高度的變化將引起勢壘區(qū)內(nèi)電場的變化，破壞了平衡，須用準(zhǔn)費(fèi)米能級描述非平衡PN結(jié)各處的載流子濃度。正向偏置，勢壘降低，在PN結(jié)界面處發(fā)生少子的注入效應(yīng)。反向偏置：勢壘增高，在PN結(jié)界面處發(fā)生少子的抽取。2）理想PN結(jié)模型及電流電壓方程l小注入條件l突變耗盡層l忽略勢壘區(qū)內(nèi)載流子的產(chǎn)生與復(fù)合l玻爾茲曼邊界計算理想PN結(jié)電流的步驟：l根據(jù)費(fèi)米能級計算勢壘區(qū)邊界處注入的非平衡少數(shù)載流子濃度；l以邊界處注入的非平衡少數(shù)載流子濃度作邊界
5、條件，解擴(kuò)散區(qū)中載流子連續(xù)性方程，得到擴(kuò)散區(qū)中非平衡少數(shù)載流子分布；將非平衡少數(shù)載流子的濃度分布代入擴(kuò)散方程，算出擴(kuò)散流密度，再算出少數(shù)載流子的電流密度；求邊界處的非平衡少數(shù)載流子濃度：(3-34)(3-35)(3-36)(3-37)為多數(shù)載流子，即（3-38）（3-39）同理可得n區(qū)邊界處少數(shù)載流子濃度為：（3-40）（3-41）注入勢壘區(qū)邊界處的非平衡少數(shù)載流子是外加電壓的函數(shù)在穩(wěn)態(tài)時，空穴擴(kuò)散區(qū)中非平衡少子的連續(xù)性方程為：（3-42）小注入時，很小，可忽略不計，在擴(kuò)散區(qū)內(nèi)Ex=0：（3-43）方程的通解為：（3-44）其中：邊界條件：得：（3-45）
6、同理可得注入P區(qū)的非平衡少子：（3-46）在小注入時，擴(kuò)散區(qū)內(nèi)不存在電場，在x=xn處，空穴擴(kuò)散流密度為：（3-47）同理，在x=-xp處的電子擴(kuò)散流密度為：（3-48）通過P-N結(jié)的總電流密度為：（3-49）（3-50）（3-51）（3-51）式為理想P-N結(jié)電流電壓方程式，又稱肖克萊方程式。A．P-N結(jié)具有單向?qū)щ娦?。B．溫度對電流密度的影響很大：（3-52）二極管電流隨溫度升高而迅速增大并且越大的半導(dǎo)體變化越快。六．P-N結(jié)電流電壓特性偏離理想方程的因素：實驗測量表明，理想的電流電壓方程式和小注入下鍺P-N結(jié)的實驗結(jié)果符合較好，但與硅P-N結(jié)的實驗結(jié)
7、果偏離較大。由圖看出，在正向偏壓時，理論與實驗結(jié)果間的偏差為：①正向電流小時，理論計算值比實驗值小；②正向電流較大時，曲線C段J—V關(guān)系為③在曲線d段，J—V關(guān)系不是指數(shù)關(guān)系，而是線性關(guān)系。在反向偏壓時,實際測得的反向電流比理論計算值大得多，而且反向電流是不飽和的，隨反向偏壓的增大略有增加。砷化鎵P—n結(jié)情況和硅P—n結(jié)相似。這說明理想電流電壓方程式?jīng)]有完全反映外加電壓下PN結(jié)情況，還必須考慮其他因素的影響，使理論更進(jìn)一步完善。引起上述差別的主要原因有：①表面效應(yīng)；②勢壘區(qū)的產(chǎn)生及復(fù)合；③大注入條件；④串聯(lián)電阻效應(yīng)。1．PN結(jié)空間電荷區(qū)中的復(fù)合、產(chǎn)生電流：
8、設(shè)復(fù)合小心是最典型的深能級，，所以，并忽略電子和空穴壽命的差別，復(fù)
