2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：PN結(jié)電容

1、PN結(jié)電容PN結(jié)電容低頻下，PN結(jié)具有良好的整流效應(yīng)。高頻下，PN結(jié)的整流效應(yīng)基本消失。-PN結(jié)具有電容PN結(jié)的起因，大小和影響因素。5.3.1 勢壘電容 CT以PN結(jié)加正向偏壓為例：正向偏壓增大，勢壘區(qū)寬度變窄，空間電荷數(shù)量減少?？臻g電荷來源于不能移動(dòng)的雜質(zhì)離子。電荷數(shù)目的減少是因?yàn)殡娮雍涂昭ǖ淖⑷?，中和作用。相?dāng)于電子和空穴的“存入”過程。反之，正向偏壓減小，勢壘區(qū)寬度變寬，空間電荷數(shù)量增多，電子和空穴被“取出”。5.3.2 擴(kuò)散電容 CD 當(dāng)外加正偏電壓變化時(shí)，PN結(jié)外擴(kuò)散區(qū)內(nèi)積累的非平衡載流子數(shù)變化引起的電容效應(yīng)。5.3.3 勢壘電容的計(jì)算PN結(jié)的直流偏壓不同時(shí)，微分電容也不同。VD換

2、為VD-V 按突變結(jié)的電荷分布模型，推導(dǎo)突變結(jié)勢壘電容公式：電量對電壓求微分求總電量：單位面積的總電量為：若PN結(jié)面積為A，則PN結(jié)的勢壘電容為：單位面積的勢壘電容為：對于P+N結(jié)或N+P結(jié)，上式可簡化為：其中NB為輕摻雜一邊的雜質(zhì)濃度。耗盡層近似，也適用于加反向偏壓。以上結(jié)論在半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中有重要的實(shí)際意義。 加正向電壓時(shí)勢壘電容比該式較大：1.勢壘區(qū)變窄，空間 電荷變少。2.大量載流子流過勢壘區(qū)，對勢壘電容有貢獻(xiàn)。突變結(jié)和線性緩變結(jié)的勢壘電容都與外加電壓有關(guān)系?？梢灾瞥勺?nèi)萜骷豢梢杂脕頊y量結(jié)附近的雜質(zhì)濃度和雜質(zhì)濃度梯度。5.3.4 擴(kuò)散電容的計(jì)算擴(kuò)散電容是因?yàn)閿U(kuò)散區(qū)載流子濃度隨

3、外加電壓變化引起的電容效應(yīng)。外加電壓變化時(shí)，需要外電路注入電荷以適應(yīng)PN結(jié)擴(kuò)散區(qū)載流子濃度的變化。外電路通過P端注入的正電荷分為兩部分：N側(cè)擴(kuò)散區(qū)空穴的增加和平衡P側(cè) 擴(kuò)散區(qū)少子電子數(shù)的增加。注入到N區(qū)和P區(qū)的非平衡少子分布：將上兩式在擴(kuò)散區(qū)內(nèi)積分，得到單位面積擴(kuò)散區(qū)內(nèi)積累的載流子總電荷量：擴(kuò)散區(qū)，單位面積的微分電容：單位面積總擴(kuò)散電容：設(shè)A為PN結(jié)的面積，則加正向偏壓時(shí)，總的微分電容為：（1）在300K時(shí)流過PN結(jié)的電流I。N區(qū)空穴：P區(qū)電子：少子濃度：總電流：Js（2）假設(shè)以P區(qū)指向N區(qū)為x軸的正方向，列出N區(qū)內(nèi)的空穴和電子濃度分布的表達(dá)式。N區(qū)內(nèi)空穴濃度分布為：利用 ，得出電子濃度分布：（3）確定N區(qū)內(nèi)空穴擴(kuò)散電流、電子擴(kuò)散電流、電子漂移電流和總的電子電流隨x變化的表達(dá)式。N區(qū)內(nèi)空穴擴(kuò)散電流：N區(qū)內(nèi)電子擴(kuò)散電流：電子的遷移率不同于P區(qū)：電子漂移電流：注入的空穴濃度遠(yuǎn)小于