華工半導(dǎo)體器件物理-課件chapter

2.3理想PN結(jié)的直流電流-半導(dǎo)體器件物

電子由于PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，因此可作為二極管使++本節(jié)主PN半導(dǎo)體器件物

電子理想的PN結(jié)的基本假設(shè)及其均勻摻雜。無空間電荷區(qū)內(nèi)不存在復(fù)合電流和產(chǎn)生電小注入，半導(dǎo)體非簡

pn

eV

npnp0e

V

半導(dǎo)體器件物

電子1、PN結(jié)正向正向偏 流子的運動情外加電內(nèi)建電外加電內(nèi)建電PN外加正向電壓面積為面積為0V0x

電子2、PN正向電流由三部分組成空穴擴散電流：Idp(推導(dǎo)在N區(qū)中進行）電子擴散電流：Idn(推導(dǎo)在P區(qū)中進行）勢壘區(qū)復(fù)合電流：Irec (推導(dǎo)在勢壘區(qū)中半導(dǎo)體器件物

電子IdpIdpIdnIdn-V

半導(dǎo)體器件物

電子可得少子濃度ppnxnpnoeV/VTnpxpnpoeV/VTxpnoxnpo或?qū)τ诜瞧胶馍僮?，其邊界條件為pnxnpno xnpxpnpo x求擴散電流的步驟：以突變PN結(jié)的Idp為例，先利用擴散方程并結(jié)合邊界條件求出N區(qū)內(nèi)的非平衡少子分布Pn(x)，再將其代入空穴電流密度方程中。PN半導(dǎo)體器件物

電子N 半導(dǎo)體器件物

電子穩(wěn)態(tài)PN結(jié)二極管中載流子分布滿足擴散解擴散方程求得滿足邊界的解

pn

eVVT Wnx

x nx n

（2-

xp

WxLsinh nL對于長二極管，上式簡化pnpn0

V PN結(jié)P側(cè)的電子分

xxn

（2-npnp0

T

（2-半導(dǎo)體器件物

V電子

xxp

xxp正向時PN結(jié)中的少子分布圖nnpxpnpoeVpxnnnoeVNnpopnoxpx半導(dǎo)體器件物

電子 IpIpxnxxn x （2-電子電流分布為 Ixxxp

xx

（2-其 V

T

（2-I

（2-L Lp半導(dǎo)體器件物

電子正向偏壓情況下的的PNPNPNp空間電荷IIpIIIxp0

xp0

xp0 （a）少數(shù)載流子分

（b）少數(shù)載流子電 （c）電子電流和空穴電圖2-8正向偏壓情況下的的PN半導(dǎo)體器件物

電子IdpIdpdnqA DnnpopnoVTIoLn（2-Io的討論Egni↓，Io與摻雜濃度的關(guān)系：Nd、Napno、npoIo↓（主要取決于低摻雜一側(cè)的摻雜濃度）與擴散長度的關(guān)系：↓，L↓，IoTni↑，IoPN結(jié)飽和電流I0的幾種表達形式

I0qA

（2-L L a二極管電流由電子擴散電流和空穴擴散電流兩0 qADppn00

（2-對于單邊突變結(jié)，電子電流（空穴電流）可以忽半導(dǎo)體器件物

電子 （2-I0I0

Lp

np0

Ln

（2-0 0 理想PN結(jié)反向飽和電流來源于擴散區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的非平衡少載流半導(dǎo)體器件物

電子二、PN結(jié)反向偏置下的電流－電壓特外外加電內(nèi)建電PN外加反向電面積0V面積為0x半導(dǎo)體器件物

電子 從而形成反向電流。由于反向電流的來源是少子，所反向電流也由三部分組成空穴擴散電流Idp電子擴散電流Idn勢壘區(qū)產(chǎn)生IG半導(dǎo)體器件物

電子在勢壘區(qū)中，U0，發(fā)生電子空穴對的產(chǎn)生，其中電子被拉向N空穴被拉向P區(qū)，從而形IG半導(dǎo)體器件物

電子反向PNnnpnp0eVR載流子濃pnpnoeNRTpnxnnpoxpxn半導(dǎo)體器件物

電子 反向偏置下，二極管的 I 當(dāng)

》VT

II0此時反向電流達到飽和，不再隨反向電壓I變化，因此稱此電流反向飽和電II0V半導(dǎo)體器件物

電子反向偏壓情況下的的PNPPPNnp0xIIpn0xIIpIInI0x（a）少數(shù)載流子分 （b）少數(shù)載流子電圖2-9反向偏壓情況下的的PN

（c）電子電流和半導(dǎo)體器件物

電子證明理想PN結(jié)反向電流是PN結(jié)擴散區(qū)產(chǎn)生電流N型中性區(qū)的擴散區(qū) 空穴電荷為QpqA(Pn P(eV/VT1)exxnLpdx(長PN結(jié)0V/VqApn0Lp qApn0Lp(VVR 電荷看作是分布在面積為A長度為一個擴散長度的擴散內(nèi)則其平均濃度為：- ，于是空穴的復(fù)合率 p U<0說明復(fù)合率是負(fù)的，產(chǎn)生率G=-U是正的

Gpn0 同樣分析得出PN結(jié)P側(cè)電子擴散區(qū)內(nèi)電子的產(chǎn)生Gnp0在反偏情況下公式（2-49d）IqAL

np0

（2-因此（252）。半導(dǎo)體器件物

電子PN結(jié)的典型電流5

V半導(dǎo)體器件物

電子小正向偏壓情況下的的PNPNPNp空間電荷IIpIIIxp0

xp0

xp0 （a）少數(shù)載流子分

（b）少數(shù)載流子電 （c）電子電流和空穴電圖2-8正向偏壓情況下的的PN半導(dǎo)體器件物

電子反向偏壓情況下的的PNPPPNnp0xIIpn0xIIpIInI0x（a）少數(shù)載流子分 （b）少數(shù)載流子電圖2-9反向偏壓情況下的的PN

（c）電子電流和半導(dǎo)體器件物

電子電流－電壓公式（Shockley公式VII0 TV

（2- qADppn00半導(dǎo)體器件物

電子

（2-短二極管：WnLn，Wn短二極中性區(qū)過過剩載長二極管發(fā)生在擴散區(qū)里（一個擴散長