微電子器件(2-7)

1、 PN 結(jié)具有單向?qū)щ娦裕僧?dāng)作開關(guān)使用。結(jié)具有單向?qū)щ娦?，可?dāng)作開關(guān)使用。 直流特性：直流特性：“開開” 態(tài)時(shí)電壓為態(tài)時(shí)電壓為 0，“關(guān)關(guān)” 態(tài)時(shí)電流為態(tài)時(shí)電流為 0 。 瞬態(tài)特性：打開的瞬間應(yīng)立即出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)電流，關(guān)斷的瞬間瞬態(tài)特性：打開的瞬間應(yīng)立即出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)電流，關(guān)斷的瞬間電流應(yīng)立即消失。電流應(yīng)立即消失。 本節(jié)將討論實(shí)際本節(jié)將討論實(shí)際 PN 結(jié)的開關(guān)特性。結(jié)的開關(guān)特性。 正向時(shí)，正向時(shí)，1ffL0,EVIR 理想情況，理想情況， 實(shí)際情況，實(shí)際情況，1FfFs ffLs,EVVVrIIRr 可見，可見，rs 越小，越小，E1 越大，則越接近理想情況。越大，則越接近理想情況。 FVsrfILR0

2、1E 反向時(shí)，反向時(shí)， 理想情況，理想情況， 實(shí)際情況，實(shí)際情況，r0I 02lrLl1IE gIR g 可見，可見，gl 越小，則越接近理想情況。另外，為增大越小，則越接近理想情況。另外，為增大 If 與與 Ir 之間的差別，應(yīng)采用較大的之間的差別，應(yīng)采用較大的 E1 。lgrILR02 E 。tr 持續(xù)的過(guò)程稱為持續(xù)的過(guò)程稱為 。 當(dāng)當(dāng) E = - - E2 的持續(xù)時(shí)間小于的持續(xù)時(shí)間小于 tr 時(shí)，則時(shí)，則 PN 結(jié)在反向時(shí)也處于結(jié)在反向時(shí)也處于導(dǎo)通狀態(tài)，起不到開關(guān)的作用。導(dǎo)通狀態(tài)，起不到開關(guān)的作用。 t t E E1 -E2 I ts tf I01LER2LER 0 p0nn0pnxpx

3、xP 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)p0nn0pnxpxxP 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū) 引起反向恢復(fù)過(guò)程的原因，是引起反向恢復(fù)過(guò)程的原因，是 nn0p( )exp1 expqVxpxpkTLN 區(qū)區(qū)n0pn(0)pn( )p xx 以以 P+N 結(jié)為例，正向穩(wěn)態(tài)時(shí)，結(jié)為例，正向穩(wěn)態(tài)時(shí)，npn00( )dexp1qVQAqpxxAL qpkTpnfp0n0pd( )exp1dxDpxqVIAqDAqpxLkT QIf 上式將作為求解電荷方程的上式將作為求解電荷方程的 。 由此可得正向穩(wěn)態(tài)時(shí)由此可得正向穩(wěn)態(tài)時(shí) Q 與與 If 之間有如下關(guān)系：之間有如下關(guān)系：2pfpfpLQIIDfpQI 或或 當(dāng)電壓由當(dāng)電壓由 E1 突然變?yōu)?/p>

4、突然變?yōu)?(- -E2 ) 時(shí)，正是這個(gè)存儲(chǔ)在時(shí)，正是這個(gè)存儲(chǔ)在 N 區(qū)中的區(qū)中的非平衡少子電荷非平衡少子電荷 Q 為反向電流提供了電荷來(lái)源。為反向電流提供了電荷來(lái)源。 上式就是空穴的電荷控制方程在穩(wěn)態(tài)時(shí)的簡(jiǎn)化形式。上式就是空穴的電荷控制方程在穩(wěn)態(tài)時(shí)的簡(jiǎn)化形式。 在在 tr 期間，設(shè)期間，設(shè) PN 結(jié)上的電壓為結(jié)上的電壓為 V( t ) ，則，則 , N 區(qū)中非平衡少子的變化情形如下圖所示。區(qū)中非平衡少子的變化情形如下圖所示。 2rLEV tIR 曲線曲線 1 表示在表示在 E 由由 E1 變?yōu)樽優(yōu)?(- -E2 ) 的一瞬間，此時(shí)，的一瞬間，此時(shí)，F(xiàn)nn0F2F2rLL(0)exp,qVpp

5、kTVVEVEIRRrILR02E)(tVFnn0n0F2F2rLL(0)exp,0 ,qVpppkTVVEVEIRR 曲線曲線 1 4 為存儲(chǔ)過(guò)程，即為存儲(chǔ)過(guò)程，即 ts 期間，期間，這期間這期間 Ir 變化不大。變化不大。 E1 -E2 ILRE1LRE2 0 ts 曲線曲線 4 6 為下降過(guò)程，即為下降過(guò)程，即 tf 期間，期間，nn022r0L(0) 0 ,0,ppVEEIIR 接近于 -E2 I1LER2LER 0 tf I0rILR02E)(tV 仍以仍以 P+N 結(jié)為例。由第一章例結(jié)為例。由第一章例 1-6 ，得到空穴連續(xù)性方程，得到空穴連續(xù)性方程的積分形式，的積分形式， 即空穴

6、的電荷控制方程：即空穴的電荷控制方程：為了與本節(jié)的符號(hào)相一致，將為了與本節(jié)的符號(hào)相一致，將 Ip 寫作寫作 Ir ， 將將 Qp 寫作寫作 Q ，得，得ppppddQQIt rpddQQIt 或或rpddQQIt 這是一個(gè)關(guān)于這是一個(gè)關(guān)于 N 區(qū)中非平衡少子電荷區(qū)中非平衡少子電荷 Q 的微分方程?？梢缘奈⒎址匠??？梢悦黠@看出，明顯看出，當(dāng)當(dāng) t = = tr 時(shí)，時(shí)，Q(tr) = = 0，所以令上式為，所以令上式為 0，即可解出，即可解出 tr ，式中，式中， 均取決于外電路。均取決于外電路。pfrprrp( )exp,(0)tQ tIIItt frrprlnIItI12frLL,EEIIR

7、R 為求解方便，假設(shè)在整個(gè)為求解方便，假設(shè)在整個(gè) tr 期間，期間，Ir 保持保持 (E2/ /RL ) 不變。不變。 初始條件：當(dāng)初始條件：當(dāng) t = = 0 時(shí)，時(shí)，Q (0) = = p If ，則微分方程的解為，則微分方程的解為 (2) 從器件本身，應(yīng)降低少子壽命從器件本身，應(yīng)降低少子壽命 p ，這樣一方面可減少，這樣一方面可減少正向時(shí)的存儲(chǔ)電荷正向時(shí)的存儲(chǔ)電荷 Q = = p If ，同時(shí)可加快反向時(shí)電荷的復(fù)合。，同時(shí)可加快反向時(shí)電荷的復(fù)合。 通?？梢圆捎脫浇?、摻鉑、中子輻照或電子輻照等方法來(lái)引入通?？梢圆捎脫浇?、摻鉑、中子輻照或電子輻照等方法來(lái)引入復(fù)合中心，從而使復(fù)合中心，從而使 p 減小。減小。 (1) 從電路上，應(yīng)采用盡量小的從電路上，應(yīng)采用盡量小的 If ( 使存貯電荷使存貯電荷 Q = = p If 小小 ) 和盡量大的和盡量大的 Ir ( 可加快對(duì)可加快對(duì)