第三節(jié)pn結(jié)-U-I推導(dǎo)(2學(xué)時)

2.3Pn結(jié)----UI推導(dǎo)目的：通過對PN結(jié)電流—電壓關(guān)系的定量分析，得到描述pn結(jié)I—U特性曲線的方程。一、基本假設(shè)（1）“小注入條件”，即在正向電壓下，注入到對方的少子，比該區(qū)平衡態(tài)下的多子少得多。（3）不考慮耗盡層中載流子產(chǎn)生和復(fù)合，因此電子和空穴電流在流過耗盡層過程中保持不變。（4）在有外加電壓作用的情況下，耗盡層邊界處載流子濃度分布滿足玻耳茲曼分布。（2）耗盡層近似：空間電荷區(qū)中，載流子全部耗盡，空間電荷區(qū)是個高阻區(qū)，外加電壓全部降落在結(jié)上，在空間電荷區(qū)以外區(qū)域，少數(shù)載流子的運(yùn)動為復(fù)合與擴(kuò)散。PNABAPNBAPNB（a）平衡態(tài)（c）加反向電壓（b）加正向電壓由假設(shè)(3)得：流過的空穴流與流過

的空穴流一樣；流過的電子流與流過

的電子流一樣；二、少子注入濃度與外加電壓的關(guān)系處有空穴增加，量為PNABPN處有電子增加，量為PNABPNP區(qū)：同理N區(qū)：這說明平衡態(tài)下耗盡層兩邊邊界處載流子的濃度分布服從玻耳茲曼分布。平衡態(tài)下：根據(jù)假設(shè)（4），外加正向電壓U后，pn結(jié)處于非平衡態(tài)，耗盡層兩邊邊界處載流子濃度分布仍服從玻耳茲曼分布。平衡態(tài)：非平衡態(tài)：小注入條件下：PNP區(qū)邊界處電子濃度與外加電壓的關(guān)系：同理N區(qū)邊界處空穴濃度與外加電壓的關(guān)系：則非平衡態(tài)下P區(qū)邊界處電子濃度增量：非平衡態(tài)下N區(qū)邊界處空穴濃度增量：PN非平衡態(tài)下耗盡層邊界處載流子濃度增量：三、少子的復(fù)合與擴(kuò)散進(jìn)入P區(qū)、N區(qū)的非平衡載流子的數(shù)目將因復(fù)合隨時間減少，直至消失。（1）少子的復(fù)合PN

以N區(qū)空穴為例，設(shè)單位時間單位體積復(fù)合掉的非平衡載流子數(shù)為，它與載流子濃度成正比。它反映非平衡少數(shù)載流子因復(fù)合消失的快慢。其大小直接影響半導(dǎo)體器件的性能。（2）少子的擴(kuò)散以N區(qū)空穴為例，坐標(biāo)原點(diǎn)取在N區(qū)空間電荷區(qū)的邊界處，注入少子量不變時，少子邊擴(kuò)散邊復(fù)合，最終形成一個不隨時間變化的少子空間分布。PN目標(biāo)：求分布，即少子隨x的分布求分布依據(jù)：定態(tài)時，少子分布的空間中，任一小區(qū)域內(nèi)少子的累積量等于少子的消耗量。PN假設(shè)N型區(qū)足夠長，則PNPN（4）擴(kuò)散電流（平移縱坐標(biāo)）PN同理得P區(qū)少子電子在處的電子擴(kuò)散電流:PN四、PN結(jié)的