尼曼 半導(dǎo)體物理與器件第八章

1、高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管0高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管1 pn結(jié)電流結(jié)電流 產(chǎn)生產(chǎn)生-復(fù)合電流和大注入復(fù)合電流和大注入 pn結(jié)的小信號模型結(jié)的小信號模型高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管2高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管3 pn 結(jié)加結(jié)加正偏正偏Va，Va基本上全降落在基本上全降落在耗盡區(qū)耗盡區(qū)的勢壘上的勢壘上 由于耗盡區(qū)中載流子濃度很小，與中性由于耗盡區(qū)中載流子濃度很小，與中性p區(qū)和區(qū)和n區(qū)的體電阻區(qū)的體電阻相比耗盡

2、區(qū)電阻很大相比耗盡區(qū)電阻很大 勢壘高度由平衡時的勢壘高度由平衡時的eVbi降到降到e(Vbi-Va) ；正向偏壓；正向偏壓Va產(chǎn)生的電場與內(nèi)建電場產(chǎn)生的電場與內(nèi)建電場反向反向，勢壘區(qū)中，勢壘區(qū)中電場強(qiáng)度減電場強(qiáng)度減弱弱，相應(yīng)使空間電荷數(shù)量減少，相應(yīng)使空間電荷數(shù)量減少，勢壘區(qū)寬度變窄勢壘區(qū)寬度變窄。高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管4產(chǎn)生產(chǎn)生凈擴(kuò)散流凈擴(kuò)散流；電子：；電子：n區(qū)區(qū)p區(qū)，空穴：區(qū)，空穴：p區(qū)區(qū)n區(qū)區(qū) 熱平衡，載流子漂移與擴(kuò)散的熱平衡，載流子漂移與擴(kuò)散的平衡被打破平衡被打破：勢壘高度降低，：勢壘高度降低，勢壘區(qū)電場減弱，漂移減弱，因而漂移小于擴(kuò)

3、散，產(chǎn)生勢壘區(qū)電場減弱，漂移減弱，因而漂移小于擴(kuò)散，產(chǎn)生凈凈擴(kuò)散流擴(kuò)散流。空間電荷區(qū)的兩側(cè)產(chǎn)生空間電荷區(qū)的兩側(cè)產(chǎn)生過剩載流子過剩載流子； 正向注入：正向注入：通過勢壘區(qū)進(jìn)入通過勢壘區(qū)進(jìn)入p區(qū)的電子和進(jìn)入?yún)^(qū)的電子和進(jìn)入n區(qū)的空穴分區(qū)的空穴分別在界面（別在界面（-xp和和xn）處積累，產(chǎn)生過剩載流子。）處積累，產(chǎn)生過剩載流子。 少子注入：少子注入：由于注入載流子對它進(jìn)入的區(qū)域都是少子。由于注入載流子對它進(jìn)入的區(qū)域都是少子。 小注入：小注入：注入的少子濃度遠(yuǎn)小于進(jìn)入?yún)^(qū)多子濃度。注入的少子濃度遠(yuǎn)小于進(jìn)入?yún)^(qū)多子濃度。 邊界上注入的過剩載流子，不斷向體內(nèi)邊界上注入的過剩載流子，不斷向體內(nèi)擴(kuò)散擴(kuò)散，經(jīng)過大約

4、幾，經(jīng)過大約幾個擴(kuò)散長度后，又恢復(fù)到平衡值。個擴(kuò)散長度后，又恢復(fù)到平衡值。高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管5理想理想pn結(jié)結(jié)I-V特性方程的四個基本假設(shè)條件：特性方程的四個基本假設(shè)條件： pn結(jié)為結(jié)為突變結(jié)突變結(jié)，可以采用理想的耗盡層近似，耗盡區(qū)以，可以采用理想的耗盡層近似，耗盡區(qū)以外為中性區(qū)；外為中性區(qū)； 載流子分布滿足載流子分布滿足麥克斯韋麥克斯韋-玻爾茲曼近似玻爾茲曼近似； 滿足滿足小注入小注入的條件；的條件； pn結(jié)內(nèi)結(jié)內(nèi)電流處處相等電流處處相等；結(jié)內(nèi)電子電流和空穴電流分別為；結(jié)內(nèi)電子電流和空穴電流分別為連續(xù)函數(shù)連續(xù)函數(shù)；耗盡區(qū)內(nèi)電子電流和空穴

5、電流為；耗盡區(qū)內(nèi)電子電流和空穴電流為恒定值恒定值。高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管6高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管722lnexpadibibitiadN NneVVVnN NkT0dnNn20ipannN00expbipneVnnkT熱平衡下熱平衡下p區(qū)少子濃度與區(qū)少子濃度與n區(qū)多子濃度聯(lián)系起來。區(qū)多子濃度聯(lián)系起來。高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管8 正偏，空間電荷區(qū)勢壘高度降低，內(nèi)建電場減弱正偏，空間電荷區(qū)勢壘高度降低，內(nèi)建電場減弱勢壘降低勢壘降低空間電荷區(qū)縮短空

6、間電荷區(qū)縮短內(nèi)建電場減弱內(nèi)建電場減弱擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流漂移電流漂移電流空間電荷區(qū)邊界處少空間電荷區(qū)邊界處少數(shù)載流子濃度注入數(shù)載流子濃度注入0expbiapne VVnnkT高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管9000exp expexpexpbiapnbianappe VVnnkTeVeVnkTkTeVnnkT偏置狀態(tài)下偏置狀態(tài)下p區(qū)空間電荷區(qū)邊界區(qū)空間電荷區(qū)邊界處的非平衡少數(shù)載流子濃度處的非平衡少數(shù)載流子濃度注入水平和偏注入水平和偏置電壓有關(guān)置電壓有關(guān)0expanneVppkT高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管10

7、注入到注入到p/n型區(qū)中的電子型區(qū)中的電子/空穴會進(jìn)一步空穴會進(jìn)一步擴(kuò)散擴(kuò)散和和復(fù)合復(fù)合，因此公式給出的實(shí)際上是耗盡區(qū)因此公式給出的實(shí)際上是耗盡區(qū)邊界邊界處的處的非平衡少非平衡少數(shù)載流子濃度數(shù)載流子濃度。 上述邊界條件雖是根據(jù)上述邊界條件雖是根據(jù)pn結(jié)結(jié)正偏正偏條件導(dǎo)出，但對反條件導(dǎo)出，但對反偏也偏也適用適用。因而當(dāng)。因而當(dāng)反偏足夠高反偏足夠高時，由邊界條件可得，時，由邊界條件可得，耗盡區(qū)邊界耗盡區(qū)邊界少數(shù)載流子濃度基本為零少數(shù)載流子濃度基本為零。0expappeVnnkT0expanneVppkT高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管11正偏正偏pn結(jié)耗盡

8、區(qū)結(jié)耗盡區(qū)邊界處少數(shù)載流邊界處少數(shù)載流子濃度的變化情子濃度的變化情況況反偏反偏pn結(jié)耗盡結(jié)耗盡區(qū)邊界處少數(shù)區(qū)邊界處少數(shù)載流子濃度的載流子濃度的變化情況變化情況高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管12 假設(shè)：中性區(qū)內(nèi)電場為假設(shè)：中性區(qū)內(nèi)電場為0無產(chǎn)生，穩(wěn)態(tài)無產(chǎn)生，穩(wěn)態(tài)pn結(jié)，長結(jié)，長pn結(jié)結(jié)220nnnnnnnDEgxxt000高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管1320nnnLD20pppLD2220pppnnnxxxL 2220nnnpppxxxL0ppnxn 0nnpxp 0expannneVpxpkT0expap

9、ppeVnxnkT邊邊界界條條件件雙極輸運(yùn)方程可以簡化為：雙極輸運(yùn)方程可以簡化為：nppnWLWL，長長pn結(jié)結(jié)高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管14 /0ppx Lx LnnnnpxpxpAeBexx雙極輸運(yùn)方程的通解為：雙極輸運(yùn)方程的通解為： /0nnx Lx LppppnxnxnCeDexx 從上述四個邊界條件可得：從上述四個邊界條件可得： 00exp1 expannnnnnpeVxxpxpxppxxkTL 00exp1 exppapppppnxxeVnxnxnnxxkTL 高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管

10、15 由此，可得出由此，可得出pn結(jié)處于正偏和反偏時，耗盡區(qū)邊結(jié)處于正偏和反偏時，耗盡區(qū)邊界處的少數(shù)載流子分布。界處的少數(shù)載流子分布。0expannneVpxpkT0expapppeVnxnkT0 x nxpxpnnpnLpL0pn0np0 x nxpxpnnpnLpL0pn0np正偏正偏反偏反偏高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管16 第四個假設(shè)第四個假設(shè) pn結(jié)電流為空穴電流和電子電流之和結(jié)電流為空穴電流和電子電流之和 空間電荷區(qū)內(nèi)電子電流和空穴電流為定值空間電荷區(qū)內(nèi)電子電流和空穴電流為定值高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二

11、極管結(jié)二極管17因此，耗盡區(qū)靠近因此，耗盡區(qū)靠近n型區(qū)一側(cè)邊界處空穴的擴(kuò)散電流密度為：型區(qū)一側(cè)邊界處空穴的擴(kuò)散電流密度為： nnpnpx xdpxJxeDdx pn結(jié)均勻摻雜，上式可表示為：結(jié)均勻摻雜，上式可表示為： nnpnpx xdpxJxeDdx 利用少子分布公式，可得耗盡區(qū)利用少子分布公式，可得耗盡區(qū)靠近靠近n型區(qū)一側(cè)邊界處空穴的型區(qū)一側(cè)邊界處空穴的擴(kuò)散電流密度擴(kuò)散電流密度為：為：0exp1pnapnpeD peVJxLkTpn結(jié)結(jié)正偏正偏，空穴電流密度空穴電流密度沿沿x軸正向，即軸正向，即從從p型區(qū)流向型區(qū)流向n型區(qū)型區(qū)。高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二

12、極管結(jié)二極管18類似，耗盡區(qū)類似，耗盡區(qū)靠近靠近p型區(qū)一側(cè)邊界處電子的擴(kuò)散電流密度型區(qū)一側(cè)邊界處電子的擴(kuò)散電流密度為：為： ppnpnxxdnxJxeDdx利用少子分布公式，上式簡化為：利用少子分布公式，上式簡化為：0exp1npanpneD neVJxLkTpn結(jié)正偏，上述電子電流密度也是沿著結(jié)正偏，上述電子電流密度也是沿著x軸正方向。軸正方向。若假設(shè)電子電流和空穴電流在通過若假設(shè)電子電流和空穴電流在通過pn結(jié)耗盡區(qū)時保持不變，則結(jié)耗盡區(qū)時保持不變，則流過流過pn結(jié)的總電流結(jié)的總電流為：為：00exp1pnnpapnnppneD peD neVJJxJxLLkT高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體

13、物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管19上式為理想上式為理想pn結(jié)電流結(jié)電流-電壓特性方程，可進(jìn)一步定義電壓特性方程，可進(jìn)一步定義Js：00pnnpspneD peD nJLL理想理想pn結(jié)的電流結(jié)的電流-電壓特性電壓特性可簡化為：可簡化為：exp1aseVJJkT盡管理想盡管理想pn結(jié)電流結(jié)電流-電壓方程是根據(jù)正偏電壓方程是根據(jù)正偏pn結(jié)推出，但它同樣結(jié)推出，但它同樣適用于理想反偏狀態(tài)。可以看到，反偏時，電流飽和為適用于理想反偏狀態(tài)?？梢钥吹剑雌珪r，電流飽和為Js。00exp1pnnpapnnppneD peD neVJJxJxLLkT高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章

14、第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管20pn結(jié)正偏電壓遠(yuǎn)大于幾個結(jié)正偏電壓遠(yuǎn)大于幾個Vt時，上述電流時，上述電流-電壓特性方程中的電壓特性方程中的（-1）項(xiàng)可忽略。）項(xiàng)可忽略。pn結(jié)二極管結(jié)二極管I-V特性及其電路符號如下圖所示。特性及其電路符號如下圖所示。高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管21可見，少子擴(kuò)散電流呈指數(shù)下降，而流過可見，少子擴(kuò)散電流呈指數(shù)下降，而流過pn結(jié)的總電流不變，結(jié)的總電流不變，二者之差是多子電流二者之差是多子電流。 p型區(qū)空穴電流型區(qū)空穴電流 提供了穿過空間電荷區(qū)向提供了穿過空間電荷區(qū)向n型區(qū)注入的空穴型區(qū)注入的空穴 提供了因與過剩少子電

15、子復(fù)合而損失的空穴提供了因與過剩少子電子復(fù)合而損失的空穴pn結(jié)耗盡區(qū)兩側(cè)少子的擴(kuò)散電流分別為：結(jié)耗盡區(qū)兩側(cè)少子的擴(kuò)散電流分別為： 0exp1 exppnanpnppeD peVxxJxxxLkTL 0exp1 expnppanpnneD nxxeVJxxxLkTL 高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管22下圖顯示了正偏下下圖顯示了正偏下pn結(jié)內(nèi)的理想電子電流與空穴電流成分。結(jié)內(nèi)的理想電子電流與空穴電流成分。高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管23溫度效應(yīng)對溫度效應(yīng)對pn結(jié)二極管正、反向結(jié)二極管正、反向I-V特性的影響如

16、下圖所示：特性的影響如下圖所示：溫度升高溫度升高，一方面二極管，一方面二極管反向飽和電流增大反向飽和電流增大，另一方面二極，另一方面二極管的管的正向?qū)妷合陆嫡驅(qū)妷合陆?。expexpgaEVJkTkT正偏：23expgSiEJnTkT反偏：高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管242220nnpppxL前面分析中，假設(shè)理想前面分析中，假設(shè)理想pn結(jié)二極管結(jié)二極管n型區(qū)和型區(qū)和p型區(qū)的長度遠(yuǎn)大型區(qū)的長度遠(yuǎn)大于少子擴(kuò)散長度。實(shí)際于少子擴(kuò)散長度。實(shí)際pn結(jié)中，往往有一側(cè)的長度小于擴(kuò)散結(jié)中，往往有一側(cè)的長度小于擴(kuò)散長度，如下圖所示，長度，如下圖所示，n型區(qū)的

17、長度型區(qū)的長度WnLp。此時此時n型區(qū)中過剩少子空穴的穩(wěn)態(tài)輸運(yùn)方程為：型區(qū)中過剩少子空穴的穩(wěn)態(tài)輸運(yùn)方程為：高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管25x=xn處的邊界條件仍為：處的邊界條件仍為：n型區(qū)另一邊界條件需修正：假設(shè)型區(qū)另一邊界條件需修正：假設(shè)x=xn+Wn處為歐姆接觸，即處為歐姆接觸，即表表面復(fù)合速度無窮大面復(fù)合速度無窮大，因此過剩載流子濃度為零。即：，因此過剩載流子濃度為零。即：對于上述關(guān)于對于上述關(guān)于n型區(qū)中過剩少子空穴的穩(wěn)態(tài)輸運(yùn)方程，其解的型區(qū)中過剩少子空穴的穩(wěn)態(tài)輸運(yùn)方程，其解的形式仍為：形式仍為：0expannneVpxpkT0nnnnpxx

18、Wp 0ppx Lx LnnnnpxpxpAeBexx利用上述兩個邊界條件，可得穩(wěn)態(tài)輸運(yùn)方程解為：利用上述兩個邊界條件，可得穩(wěn)態(tài)輸運(yùn)方程解為： 0sinhexp1sinhnnpannnpxWxLeVpxpkTWL高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管26sinh sinhnnnnnnppppxWxxWxWWLLLL，對于對于WnkT/e，則，則max0exp22ianeVRkT 復(fù)合電流密度復(fù)合電流密度可由下式求得可由下式求得0WrecJeRdx 空間電荷區(qū)內(nèi)的復(fù)合率并不是常數(shù)，但由于已計算出空間電空間電荷區(qū)內(nèi)的復(fù)合率并不是常數(shù)，但由于已計算出空間電荷區(qū)中心

19、處的最大復(fù)合率，則荷區(qū)中心處的最大復(fù)合率，則0exp22iarecneVJexkT高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管35 由于由于0不是一個確定的參數(shù)，因此習(xí)慣上令不是一個確定的參數(shù)，因此習(xí)慣上令x=W。因此。因此00expexp222iaarecreWneVeVJJkTkTpn結(jié)中總正偏電流密度是結(jié)中總正偏電流密度是復(fù)合電流密度復(fù)合電流密度與與理想擴(kuò)散理想擴(kuò)散電流密度電流密度之和。之和?？臻g電荷區(qū)空間電荷區(qū)中存在中存在載流子載流子復(fù)合復(fù)合時，由時，由p型區(qū)中型區(qū)中注入注入過來的空穴數(shù)目必須增加過來的空穴數(shù)目必須增加，這樣才能維持中性這樣才能維持中性n型

20、區(qū)型區(qū)中少子空穴的濃度分布。中少子空穴的濃度分布。少子少子空穴空穴在中在中性性n型區(qū)型區(qū)中的中的分布分布高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管36 總正偏電流密度為復(fù)合電流密度與擴(kuò)散電流密度，即總正偏電流密度為復(fù)合電流密度與擴(kuò)散電流密度，即recDJJJ0exp2arecreVJJkT其中，其中，expaDSeVJJkT 對上述兩式分別求對數(shù)可得：對上述兩式分別求對數(shù)可得：00lnlnln22aarecrrteVVJJJkTVlnlnlnaaDSSteVVJJJkTV由右圖可見：由右圖可見：電流密度較低時電流密度較低時，正偏，正偏pn結(jié)中以空結(jié)中以空間電荷區(qū)

21、間電荷區(qū)復(fù)合電流復(fù)合電流為主；為主；電流密度較高時電流密度較高時，以理想，以理想pn結(jié)的結(jié)的擴(kuò)擴(kuò)散電流散電流為主。為主。exp1aSeVIInkT高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管37 隨著正偏電壓的升高，注入的少子濃度開始升高，甚至變得隨著正偏電壓的升高，注入的少子濃度開始升高，甚至變得比多子濃度還要比多子濃度還要大。大。 由式（由式（8.18）可知）可知 大注入情況下，大注入情況下，nn0及及pp0，所以上式可近似為所以上式可近似為 由于由于n=p，所以，所以 二極管電流與過剩載流子濃度成正比二極管電流與過剩載流子濃度成正比，所以，所以200expa

22、itVnpnnnppV2expaitVnpnVexp2aitVnpnVexp2atVIV高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管38 右圖繪制出了從右圖繪制出了從低偏壓到高偏壓低偏壓到高偏壓情況時的二極管情況時的二極管正偏電流曲線。正偏電流曲線。 低偏壓低偏壓時，時，復(fù)合復(fù)合效應(yīng)效應(yīng)； 高偏壓高偏壓時，時，大注大注入效應(yīng)入效應(yīng)。高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管39某靜態(tài)工作點(diǎn)某靜態(tài)工作點(diǎn)Q附近，其附近，其增量電導(dǎo)增量電導(dǎo)為：為：exp1aDSeVIIkT0aDdaVVdIgdV二極管的電流可表示為：二極管的電流可表示為

23、： 前面討論的是前面討論的是pn結(jié)二極管的直流特性，實(shí)際結(jié)二極管的直流特性，實(shí)際應(yīng)用中關(guān)心的是其應(yīng)用中關(guān)心的是其小信號等效電路模型小信號等效電路模型。高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管40其倒數(shù)定義為二極管在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的其倒數(shù)定義為二極管在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的增量電阻增量電阻，即：，即：如果二極管外加的正向偏置電壓足夠大，則電流方程中的（如果二極管外加的正向偏置電壓足夠大，則電流方程中的（-1）項(xiàng)可以忽略，因此其增量電導(dǎo)為：項(xiàng)可以忽略，因此其增量電導(dǎo)為：相應(yīng)地其小信號的增量電阻為：相應(yīng)地其小信號的增量電阻為：上述小信號增量電阻也稱為上述小信號增量電阻也稱

24、為擴(kuò)散電阻擴(kuò)散電阻。exp1aDSeVIIkTDDQadDIIdVrdI0expaDQaDdSatVVIeVdIegIdVkTkTVtdDQVrI高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管41當(dāng)當(dāng)pn結(jié)處于正偏時，同樣也會表現(xiàn)出一種結(jié)處于正偏時，同樣也會表現(xiàn)出一種電容效應(yīng)電容效應(yīng)?？梢?，正偏電壓可見，正偏電壓Va隨時間隨時間變化，因此注入的少子濃變化，因此注入的少子濃度也隨時間而不斷變化。度也隨時間而不斷變化。sinadcVVvt如圖所示，如圖所示，pn結(jié)正偏直流電壓結(jié)正偏直流電壓Vdc上同時又疊加一很小的正弦上同時又疊加一很小的正弦交流電壓，則交流電壓，則總正

25、偏電壓總正偏電壓可表示為：可表示為：高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管42以空穴由以空穴由p型區(qū)注入型區(qū)注入n型區(qū)為例，在型區(qū)為例，在t0、t1、t2三個時刻，三個時刻，n型區(qū)型區(qū)一側(cè)空間電荷區(qū)邊界處少子空穴的濃度分別如下圖所示。由圖一側(cè)空間電荷區(qū)邊界處少子空穴的濃度分別如下圖所示。由圖可見，空間電荷區(qū)邊界處可見，空間電荷區(qū)邊界處少子空穴濃度少子空穴濃度也在直流穩(wěn)態(tài)基礎(chǔ)上疊也在直流穩(wěn)態(tài)基礎(chǔ)上疊加一個隨時間變化的交流分量。加一個隨時間變化的交流分量。由前面分析可知，空穴從耗盡區(qū)邊界處開始不斷地向由前面分析可知，空穴從耗盡區(qū)邊界處開始不斷地向n型區(qū)中擴(kuò)型區(qū)中

26、擴(kuò)散，并在散，并在n型區(qū)中與多子電子相復(fù)合。型區(qū)中與多子電子相復(fù)合。高等半導(dǎo)體物理與器件高等半導(dǎo)體物理與器件第八章第八章 pn結(jié)二極管結(jié)二極管43假設(shè)交流電壓信號的周期遠(yuǎn)大于過剩載流子往假設(shè)交流電壓信號的周期遠(yuǎn)大于過剩載流子往n型區(qū)中擴(kuò)散所需型區(qū)中擴(kuò)散所需的時間的時間，因此空穴濃度在，因此空穴濃度在n型區(qū)中隨空間分布可以近似為一種穩(wěn)型區(qū)中隨空間分布可以近似為一種穩(wěn)態(tài)分布。態(tài)分布。這種這種n型區(qū)空穴與型區(qū)空穴與p型區(qū)電子的型區(qū)電子的充、放電過程充、放電過程產(chǎn)生的產(chǎn)生的電容效應(yīng)電容效應(yīng)，稱為稱為擴(kuò)散電容（擴(kuò)散電容（Cd）。其物理形成機(jī)制與第七章中討論的勢壘。其物理形成機(jī)制與第七章中討論的勢壘電容有很大不同。電容有很大不同。正偏正偏pn結(jié)擴(kuò)散電容要比其勢壘電容大得多結(jié)擴(kuò)散電容要比其勢壘電容大得多。陰影面積表示的是在交陰影面積表示的是在交流電壓的周期內(nèi)輪流充、流電壓的周期內(nèi)輪流充、放電的電荷放電的電荷Q高等半導(dǎo)體物理與器件高等半